Điều khiển tách kênh quá trình đa biến

BỘ GIÁO D C VÀ ÀO T O
Ụ Đ Ạ
TR NG I H C BÁCH KHOA HÀ N I
ƯỜ ĐẠ Ọ Ộ
---------------------------------------
LU N V N TH C S KHOA H C
Ậ Ă Ạ Ĩ Ọ
Đ Ề Ể
I U KHI N TÁCH KÊNH
QUÁ TRÌNH A BI N
Đ Ế
NGÀNH: I U KHI N VÀ T NG HOÁ
Đ Ề Ể Ự ĐỘ
MÃ S :
Ố
BÙI V N HUY
Ă
Ng i h ng d n khoa h c: PGS.TS . HOÀNG MINH S N
ườ ướ ẫ ọ Ơ
HÀ N I 2008
Ộ

L I CAM OAN
Ờ Đ
Tôi xin ca oan â là công trình nghiên
m đ đ y cứu th c
ự sự của tôi. Các
s li u, t qu nêu trong n lu n
ố ệ kế ả bả ậ văn là trung th c và ch a c công b
ự ư đượ ố
trong b t k công trình khoa h c nào.
ấ ỳ ọ
Tác gi lu n v n
ả ậ ă
Bùi V n Huy
ă

L I C M N
Ờ Ả Ơ
Để ậ
hoàn thành lu n văn này tác gi xin chân thành
ả cảm n các th y, cô
ơ ầ ở bộ
môn i u Khi n
Đ ề ể Tự H
Động -Tr ng i
ườ Đạ ọc Bách Khoa Hà nội, ã
đ tạo i u
đ ề
ki n và giúp tác gi trong su t quá trình
ệ đỡ ả ố học và hoàn thành lu n
ậ văn tốt
nghi p. c bi t, lu n
ệ Đặ ệ ậ văn không th hoàn thành
ể nếu tác gi không c
ả đượ sự
hướng dẫn tận tình của PGS.TS Hoàng Minh Sơn - Tr ng Phòng ào
ưở Đ Tạo
Tr ng i
ườ Đạ Học Bách Khoa Hà Nội, ng i ã luôn luôn ch
ườ đ ỉ dẫn và a ra
đư
nh ng nh h ng quan tr ng cho tác gi trong su t m y n m v a qua.
ữ đị ướ ọ ả ố ấ ă ừ
Tác giả cũng xin cảm n
ơ mọi ng i trong gia ình:
ườ đ Bố, mẹ các em nh ng
ữ
ng i luôn ng h và ng viên tác gi .
ườ ủ ộ độ ả
Trong quá trình th c hi n lu n
ự ệ ậ văn mặc dù bản thân ã
đ nỗ lực và làm vi c
ệ
nghiêm túc, nh ng do khó kh n
ư ă về h
th i
ờ gian và ạn chế về m
ki n
ế th c,
ứ ặt khác
đây là một vấn ph c
đề ứ tạp nên ch c ch n lu n
ắ ắ ậ văn còn nhi u thi u sót, tác gi
ề ế ả
r t mong nh n c
ấ ậ đượ sự đánh giá góp ý và phê bình của các quý th y cô và các
ầ
b n ng môn.
ạ đồ
Hà N i, tháng 11 n m 2008
ộ ă
Bùi V n Huy
ă

Lu n v n cao h c i u khi n tách kênh quá trình a bi n
ậ ă ọ Đ ề ể đ ế
H c viên: Bùi V n Huy Trang 1
ọ ă
LU N V N T T NGHI P CAO H C
Ậ Ă Ố Ệ Ọ
Đ Ề Ể
I U KHI N
TÁCH KÊNH QUÁ TRÌNH A BI N
Đ Ế
M C L C
Ụ Ụ
Danh m c hình v ......................................................................................
ụ ẽ 4
Ch ng 1
ươ : M U.................................................................................
Ở ĐẦ 7
1.1. t v n ........................................................................................
Đặ ấ đề 7
1.2.M c tiêu c a lu n v n ......................................................................
ụ ủ ậ ă 8
1.3.Nhi m v c a tài..........................................................................
ệ ụ ủ đề 8
1.4. Ph ng pháp th c hi n....................................................................
ươ ự ệ 8
1.5. i t ng và ph m vi nghiên c u...................................................
Đố ượ ạ ứ 8
1.6. K t qu t c .............................................................................
ế ả đạ đượ 8
Ch ng 2:
ươ .................................................................................................10
QUÁ TRÌNH A BI N VÀ PH NG PHÁP I U KHI N QUÁ
Đ Ế ƯƠ Đ Ề Ể
TRÌNH A BI N..........................................................................................10
Đ Ế
2.1. T ng quan v quá trình a bi n.....................................................10
ổ ề đ ế
2.1.1. T ng quan...............................................................................10
ổ
2.1.2. Phân tích một quá trình a bi n qua ví
đ ế dụ quá trình nghi n
ề xi
m ng......................................................................................................11
ă
2.2. Sách l c i u khi n cho quá trình a bi n ..................................13
ượ đ ề ể đ ế
2.2.1. Khái ni m v c u trúc i u khi n...........................................15
ệ ề ấ đ ề ể
2.2.2. Sách l c i u khi n truy n th ng.........................................16
ượ đ ề ể ề ẳ
2.2.3. Sách l c i u khi n ph n h i ...............................................19
ượ đ ề ể ả ồ
2.2.4. i u khi n t l .......................................................................22
Đ ề ể ỉ ệ
2.2.5. i u khi n t ng ......................................................................25
Đ ề ể ầ

ọ ă
2.3. C u trúc i u khi n t p trung cho quá trình a bi n .....................25
ấ đ ề ể ậ đ ế
2.3.1. u i m c a b i u khi n t p trung.....................................26
Ư đ ể ủ ộ đ ề ể ậ
2.3.2. H n ch c a c u trúc i u khi n t p trung:............................27
ạ ế ủ ấ đ ề ể ậ
2.4. C u trúc i u khi n không t p trung cho quá trình a bi n ..........28
2.4.1. Khái ni m chung ....................................................................28
ệ
2.4.2. C u trúc i t ng..................................................................34
ấ đố ượ
2.4.3. C u hình vòng i u khi n.......................................................34
ấ đ ề ể
2.4.4. Ph ng pháp phân tích ma tr n khuy ch i
ươ ậ ế đạ tươ đố
ng i (RGA)
...............................................................................................................35
2.4.5. Tính n nh c a h phi t p trung ..........................................36
ổ đị ủ ệ ậ
2.5. T ng quan v i u khi n tách kênh quá trình a bi n...................37
ổ ề đ ề ể đ ế
2.5.1. Phát bi u bài toán...................................................................37
ể
2.5.2. M c ích c a vi c tách kênh:.................................................38
ụ đ ủ ệ
Ch ng 3:
ươ .................................................................................................41
PH NG PHÁP......................................................................................41
ƯƠ
TÁCH KÊNH HOÀN TOÀN 2x2 ..........................................................41
3.1. Khái ni m..................................................................................41
ệ
3.2. Ph ng pháp ti n hành.............................................................41
ươ ế
Ch ng 4:
ươ .................................................................................................45
PH NG PHÁP......................................................................................45
ƯƠ
TÁCH KÊNH T NG PH N 2x2............................................................45
Ừ Ầ
4.1. Khái ni m v tách kênh t ng ph n................................................45
ệ ề ừ ầ
4.1.1.Khái ni m................................................................................45
ệ
4.1.2. c i m .................................................................................45
Đặ đ ể
4.2. Tách kênh t ng ph n h 2x2 .........................................................45
ừ ầ ệ
4.2.1. a vào ph n t tách kênh.....................................................45
Đư ầ ử
4.2.2. S d ng ma tr n tách kênh.....................................................46
ử ụ ậ

ọ ă
Ch ng 5:
ươ .................................................................................................48
TÁCH KÊNH...........................................................................................48
V I MÔ HÌNH I T NG 3 VÀO 3 RA...........................................48
Ớ ĐỐ ƯỢ
5.1. Mô hình 3 vào 3 ra ........................................................................48
5.2. i u khi n tách kênh i t ng 3 x3 trong..................................50
Đ ề ể đố ượ
5.2.1.B i u khi n PID...................................................................50
ộ đ ề ể
5.2.2. Ph ng pháp tách kênh ..........................................................53
ươ
5.2.3. Tách kênh hoàn toàn ..............................................................56
5.2.4. Tách kênh t ng ph n..............................................................71
ừ ầ
Ch ng 6:
ươ .................................................................................................88
TÁCH KÊNH...........................................................................................88
PH N H I TR NG THÁI D NG T NG QUÁT.................................88
Ả Ồ Ạ Ạ Ổ
6.1. Tách kênh t nh ph n h i tr ng thái( Static Decoupling) ..............88
ĩ ả ồ ạ
6.1.1. Bài toán tách kênh t nh...........................................................88
ĩ
6.1.2. i u ki n ................................................................................90
Đ ề ệ
6.1.3. Trình t th c hi n quá trình tách kênh ................................90
ự ự ệ
6.1.4. u nh c i m c a ph ng pháp..........................................91
Ư ượ đ ể ủ ươ
6.1.5. Ví d minh h a:......................................................................91
ụ ọ
6.2. Tách kênh ng( Dynamic Decoupling) ph n h i tr ng thái........97
độ ả ồ ạ
Ch ng 7:
ươ ...............................................................................................101
K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N .............................................101
Ế Ậ ƯỚ Ể
7.1. K t lu n .......................................................................................101
ế ậ
7.2. H ng phát tri n .........................................................................101
ướ ể
Danh m c tài li u tham kh o..................................................................103
ụ ệ ả

ọ ă
Danh m c hình v
ụ ẽ
Hình 2. 1: Sơ đồ kh i
ố quá trình nghi n
ề xi măng theo quan i m i u khi n
đ ể đ ề ể
quá trình.................................................................................................13
Hình 2. 6: s kh i b i u khi n truy n th ng .........................................17
ơ đồ ố ộ đ ề ể ề ẳ
Hình 2. 7: C u trúc và nguyên lý c b n c a b i u khi n truy n th ng ....17
ấ ơ ả ủ ộ đ ề ể ề ẳ
Hình 2. 8: C u trúc i u khi n ph n h i.......................................................20
ấ đ ề ể ả ồ
Hình 2. 9: M t ví d i u khi n ph n h i k t h p bù nhi u..........................21
ộ ụ đ ề ể ả ồ ế ợ ễ
Hình 2. 10: M t ví d v i u khi n t l ......................................................23
ộ ụ ề đ ề ể ỷ ệ
Hình 2. 11: Hai ph ng án i u khi n t l ...................................................24
ươ đ ề ể ỉ ệ
Hình 2. 16: B i u khi n a bi n.................................................................26
ộ đ ề ể đ ế
Hình 2. 17: B i u khi n n bi n ..............................................................29
ộ đ ề ể đơ ế
Hình 2. 12: ví d i u khi n t l các thành ph n li u tr c khi nghi n ......30
ụ Đ ề ể ỉ ệ ầ ệ ướ ề
Hình 2. 13:S kh i
ơ đồ ố mạch vòng i u khi n n
đ ề ể độ ồ mức li u bên trong máy
ệ
nghi n....................................................................................................31
ề
Hình 2. 14: L u P&ID i u khi n l u l ng clinker ...............................32
ư đồ đ ề ể ư ượ
Hình 2. 15: S kh i m ch vòng i u khi n chênh áp Pd1 ..................33
ơ đồ ố ạ đ ề ể độ
Hình 3. 1: Tách kênh hoàn toàn b ng hai ph n t tách kênh ........................42
ằ ầ ử
Hình 4. 1: S tách kênh 2 vào 2 ra không hoàn toàn...............................46
ơ đồ
Hình 5. 1: S tháp ch ng c t....................................................................48
ơ đồ ư ấ
Hình 5. 2: S kh i ph ng pháp tách kênh..............................................53
ơ đồ ố ươ
Hình 5. 3: Sách l c i u khi n cho b i u khi n tách kênh ......................54
ượ đ ề ể ộ đ ề ể
Hình 5. 4: Sách l c i u khi n tách kênh hoàn toàn...................................58
ượ đ ề ể
Hình 5. 5: Sơ K
đồ tính th v
trong i u
đ ề khi n
ể tách kênh hoàn toàn ng
ứ ới S11
...............................................................................................................59

ọ ă
Hình 5. 6: D ng dao ng i u hoà..............................................................60
ạ độ đ ề
Hình 5. 7: S i u khi n vòng kín cho hàm truy n S
ơ đồ đ ề ể ề 11 ............................61
Hình 5. 8: Dạng áp ng
đ ứ với bộ s
tham ố P = 0,0315 I = 0,00205 cho i
đố
t ng S
ượ 11................................................................................................61
Hình 5. 9:D ng áp ng v i b tham s P = 0,0315 I = 0,00205 cho S
ạ đ ứ ớ ộ ố 11.....62
Hình 5. 10: Sơ c
đồ mô ph ng
ỏ tìm dao ng i u
độ đ ề hoà ủa hệ điều khi n tách
ể
kênh hoàn toàn ng v i hàm truy n S
ứ ớ ề 22 ...............................................63
Hình 5. 11: d ng dao ng c a áp ng........
ạ độ ủ đ ứ Error! Bookmark not defined.
Hình 5. 12: i u khi n vòng kín ng i
Sơ đồ đ ề ể ứ vớ bộ điều khi n cho hàm truy n
ể ề
S22 ..........................................................................................................64
Hình 5. 13: ng cong áp ng v i tham s nh trên................................64
Đườ đ ứ ớ ố ư
Hình 5. 14: Hi u ch nhP,I..............................................................................65
ệ ỉ
Hình 5. 15: ng cong áp ng v i b tham s m i..................................65
Đườ đ ứ ớ ộ ố ớ
Hình 5. 16: Tìm h s Kth theo ph ng phápZiegler-Nichols 2...................66
ệ ố ươ
Hình 5. 17: i u khi n vòng kín ng i
Sơ đồ đ ề ể ứ vớ bộ điều khi n cho hàm truy n
ể ề
S33 ..........................................................................................................67
Hình 5. 18: Ch nh nh PID...........................................................................67
ỉ đị
Hình 5. 19: áp ng v i PID ........................................................................68
Đ ứ ớ
Hình 5. 20: Ch nh nh tham s ....................................................................68
ỉ đị ố
Hình 5. 21: D ng áp ng sau khi ã ch nh nh..........................................69
ạ đ ứ đ ỉ đị
Hình 5. 22:S t ng h p i u khi n tách kênh t ng ph n.........................69
ơ đồ ổ ợ đ ề ể ừ ầ
Hình 5. 23: D ng áp ng khi ch có kênh 1 tác ng..................................70
ạ đ ứ ỉ độ
Hình 5. 24: D ng áp ng ba kênh khi có kênh 1 mà kênh 2 tác ng.........70
ạ đ ứ độ
Hình 5. 25: Ma tr n tách kênh D...................................................................71
ậ
Hình 5. 26: S i u khi n sau khi ã tách kênh t ng ph n......................72
ơ đồ đ ề ể đ ừ ầ
Hình 5. 27: S c u trúc b i u khi n PID K1.........................................74
ơ đồ ấ ộ đ ề ể
Hình 5. 28:D ng quá ng
ạ độ ứ với bộ điều khi n PID: P=0,05; I = 0,0045;
ể
D=0,0884715.........................................................................................75
Hình 5. 29: Ch nh tham s b PID................................................................75
ỉ ố ộ
Hình 5. 30: Dạng quá ng
độ ứ với bộ điều khi nPID: P=0,028; I = 0,00148;
ể
D=0,038.................................................................................................76
Hình 5. 31: Hi u ch nh tham s .....................................................................76
ệ ỉ ố

ọ ă
Hình 5. 32: c tính quá v i tham s nh trên, i t ng S
Đặ độ ớ ố ư đố ượ 11 .................77
Hình 5. 33: Mô ph ng
ỏ dạng tìm hệ số h
K để ệ d
có áp ng
đ ứ ạng dao ng
độ
đ ề
i u hoà .................................................................................................78
Hình 5. 34: áp ng dao ng i u hòa c a tín hi u....................................78
Đ ứ độ đ ề ủ ệ
Hình 5. 35: Bộ i
đ ều khi n cho
ể S22 ng trong tr ng p tách kênh
ứ ườ hợ từng ph n
ầ
...............................................................................................................79
Hình 5. 36: áp ng c a h th ng ng v i S
Đ ứ ủ ệ ố ứ ớ 22 ...........................................79
Hình 5. 37: Hi u ch nh PID...........................................................................79
ệ ỉ
Hình 5. 38: D ng áp ng v i b i u khi n PID m i .................................80
ạ đ ứ ớ ộ đ ề ể ớ
Hình 5. 39: S mô ph ng d ng dao ng i u hoà ng v i S
ơ đồ ỏ ạ độ đ ề ứ ớ 33 ...............81
Hình 5. 40:S b i u khi n h th ng ng v i hàm truy n S
ơ đồ ộ đ ề ể ệ ố ứ ớ ề 33................81
Hình 5. 41: D ng áp ng c a h th ng S
ạ đ ứ ủ ệ ố 33 trong tách kênh t ng ph n.......82
ừ ầ
Hình 5. 42: Hi u ch nh tham s .....................................................................82
ệ ỉ ố
Hình 5. 43: D ng áp ng v i b tham s m i .............................................83
ạ đ ứ ớ ộ ố ớ
Hình 5. 44: S t ng h p i u khi n tách kênh t ng ph n........................84
ơ đồ ổ ợ đ ề ể ừ ầ
Hình 5. 45: D ng áp ng c a kênh khi ch cho kênh 1 tác ng.................85
ạ đ ứ ủ ỉ độ
Hình 5. 46: D ng áp ng c a ba kênh khi ch có kênh 2 tác ng.............85
Hình 5. 47: D ng áp ng c a ba kênh khi kênh 1 và kênh 2 cùng tác ng86
ạ đ ứ ủ độ
Hình 5. 48: D ng áp ng c a ba kênh khi ch có kênh 3 tác ng..............86
Hình 5. 49: D ng áp ng c a ba kênh khi c ba kênh tác ng ..................87
ạ đ ứ ủ ả độ
Hình 6. 1: S c u trúc h th ng tách kênh ph n h i tr ng thái ...............89
ơ đồ ấ ệ ố ả ồ ạ
Hình 6. 2: S c u trúc b i u khi n tách kênh........................................93
ơ đồ ấ ộ đ ề ể
Hình 6. 3 : S tách kênh ng ph n h i tr ng thái..................................99
ơ đồ độ ả ồ ạ

ọ ă
Ch ng 1
ươ : M U
Ở ĐẦ
1.1. t v n
Đặ ấ đề
Ngày nay tất cả các nhà máy công nghi p u
ệ đề có mức độ tự r
động hoá ất
cao. Mục ích
đ của vi c
ệ tự l
động hoá này là nâng cao c
đượ ch t
ấ ượng sản
ph m, nâng cao
ẩ năng su t lao ng, gi m chi phí
ấ độ ả sản xu t, m
ấ đả bảo an toàn
cho ng i mà máy móc, gi i phóng nhân công
ườ ả tại nh ng
ữ vị trí làm vi c
ệ
không phù h p v i c i m và s c kho c a con ng i…
ợ ớ đặ đ ể ứ ẻ ủ ườ
Để ể
phát tri n sản xu t, ngoài vi c nguyên
ấ ệ cứu hoàn thi n các quy trình
ệ
công ngh thì
ệ một trong nh ng
ữ hướng nguyên cứu không kém ph n quan
ầ
tr ng là nâng cao m c t ng hoá quá trình công ngh .
ọ ứ ự độ ệ
Ngày nay, dưới sự m
phát tri n
ể ạnh mẽ của các thi t
ế bị tự h
động, các ệ
th ng i u khi n phân tán,
ố đ ề ể sự c
phát tri n
ể ủa công ngh thông tin, công ngh
ệ ệ
t ng ã
ự độ đ tạo i u ki n cho phép cài t nh ng sách
đ ề ệ đặ ữ lượ đ ề ể ệ
c i u khi n hi n
đạ ằ ụ đ ấ ượ ủ ệ ố
i nh m m c ích nâng cao ch t l ng c a h th ng.
Đ ề ể đ
i u khi n quá trình ó là một lĩnh vực quan tr ng hàng u
ọ đầ của kỹ thu t
ậ
đ ề ể ệ ế ế
i u khi n trong các nghành công nghi p ch bi n khai thác, năng lượng và
hoá ch t.
ấ Tại ây, nh ng
đ ữ kết qu nghiên
ả cứu lý thuy t i u khi n
ế đ ề ể tự động
đượ ứ
c ng dụng vào th c
ự tế l
nh m
ằ nâng cao ch t
ấ ượng hệ C
th ng.
ố ũng tại
đây, các kết qu nghiên
ả cứu về điều khi n
ể tự t
độ đượ
ng c ụ hội với nh ng
ữ
nh ng công trình nghiên c u v công ngh .
ữ ứ ề ệ
Các quá trình trong công nghi p có c i m chung là ó là các quá trình
ệ đặ đ ể đ
đ ế
a bi n với nhi u i
ề đạ lượ đạ ượ độ ươ
ng vào ra. Các i l ng này có tác ng t ng hỗ
với nhau làm cho quá trình i u khi n tr lên ph c
đ ề ể ở ứ tạp. Nếu không xử lý
được sự tương hỗ m
này thì chỉ ột bi n ng nh
ế độ ỏ của một i
đạ lượ đ
ng nào ó
đề ả
u nh hưởng tới ch t ng
ấ lượ cả hệ m
th ng,
ố nó có thể là nguyên nhân gây ất
an toàn nh t là khi
ấ một số r
bi n
ế tr ng
ạ thái như nhi t ,
ệ độ áp su t
ấ ơi vào tình
tr ng không th ki m soát c.
ạ ể ể đượ
M t khác trong th c
ặ ự tế r
có ất nhi u
ề bộ điều khi n c ng
ể đượ ứ dụng
thành công lại chỉ s d
ử ụ ệ
ng cho h b
SISO, ộ đi m
ều khi n
ể PID là ộ ụ
t ví d i
đ ển
hình. Vì mong mu n
ố sử dụng các bộ điều khi n ó cho
ể đ hệ MIMO ng i
ườ ta

ọ ă
ngh n vi c can thi p
ĩ đế ệ ệ sơ bộ h
tr c
ướ vào ệ h
MIMO, bi n
ế ệ MIMO thành
nhi u
ề hệ v
SISO ới mỗi u ra
đầ yi(t) ch ph thu c vào
ỉ ụ ộ một tín hi u u vào
ệ đầ
wi(t).
Trong tài này, tác gi
đề ả tập trung nghiên cứu mối quan hệ gi a
ữ các u
đầ
vào của hệ đa bi n, trình bày
ế một số l
sách ượ đ ề ể đ ế
c i u khi n a bi n và tập
trung nghiên cứu và áp dụng i u khi n tách kênh cho
đ ề ể hệ th ng
ố 3 u
đầ vào 3
đầu ra.
1.2.M c tiêu c a lu n v n
ụ ủ ậ ă
Nghiên cứu tổng quát hoá ph ng pháp i u khi n tách kênh cho quá
ươ đ ề ể
trình a bi n. Ki m nghi m và ánh giá b ng mô hình i t ng c th .
đ ế ể ệ đ ằ đố ượ ụ ể
1.3.Nhi m v c a tài
ệ ụ ủ đề
- Nghiên cứu về t
ph ng pháp
ươ tách kênh hoàn toàn và tách kênh ừng
ph n cho quá trình a bi n.
ầ đ ế
- Mô ph ng áp d ng cho i t ng c th .
ỏ ụ đố ượ ụ ể
1.4. Ph ng pháp th c hi n
ươ ự ệ
- Nghiên c u các tài li u liên quan
ứ ệ
- Phân tích u nh c i m
ư ượ đ ể của một số sách c i u khi n quá trình a
lượ đ ề ể đ
bi n
ế
- T ng quát hoá các ph ng pháp tách kênh hoàn toàn và t ng ph n
ổ ươ ừ ầ
- Mô ph ng ki m nghi m v i vi c s d ng các b PID
ỏ ể ệ ớ ệ ử ụ ộ
1.5. i t ng và ph m vi nghiên c u
Đố ượ ạ ứ
Quá trình a bi n là
đ ế một quá trình ph c
ứ tạp, tài không i sâu vào
đề đ
vi c thi t
ệ ế kế hay lựa ch n gi i pháp i u khi n cho quá trình a bi n mà ch
ọ ả đ ề ể đ ế ủ
y u t p trung nghiên c u các sách l c i u khi n tách kênh.
ế ậ ứ ượ đ ề ể
1.6. K t qu t c
ế ả đạ đượ

ọ ă
Qua một quá trình nghiên cứu tài li u và tìm hi u các
ệ ể mảng ki n th c
ế ứ
có liên quan, dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Hoàng Minh Sơn, n
đế
nay lu n v n : “ i u khi n tách kênh quá trình a bi n” ã c hoàn thành.
ậ ă Đ ề ể đ ế đ đượ
N i dung chính
ộ của lu n
ậ văn c
đượ bố cục thành 6 ch ng có
ươ cấu trúc như
sau:
Ch ng 1: Ch ng m u
ươ ươ ở đầ
Ch ng 2: Quá trình a bi n và ph ng pháp i u khi n quá trình a bi n
ươ đ ế ươ đ ề ể đ ế
Ch ng này gi i thi u
ươ ớ ệ tổng quan về quá trình a bi n, qua vi c phân
đ ế ệ
tích quá trình nghi n xi
ề măng lu n
ậ văn cũng nêu ra sự tươ ữ
ng tác gi a các
bi n trong quá trình a bi n. Các sách
ế đ ế lượ đ ề ể
c i u khi n cơ sở, cấu trúc i u
đ ề
khi n
ể tập trung và không tập trung, u nh c i m
ư ượ đ ể của từng sách lượ đ ề
c i u
khi n ng c
ể cũ đượ đề cập ây. Cu i ch ng, lu n
ở đ ố ươ ậ văn ng
cũ đề cập ng quan
tổ
v ph ng pháp tách kênh quá trình a bi n
ề ươ đ ế
Ch ng 3: Ph ng pháp tách kênh hoàn toàn
ươ ươ
ch ng này, lu n
Ở ươ ậ văn phát bi u và gi i quy t bài toán tách kênh
ể ả ế
hoàn toàn cho i ng 2 vào 2 ra sau ó a ra ví d minh ho quá trình
đố tượ đ đư ụ để ạ
tách kênh.
Ch ng 4: Ph ng pháp tách kênh t ng ph n
ươ ươ ừ ầ
Ở ươ ậ
ch ng này, lu n văn phát bi u và gi i quy t bài toán tách kênh
ể ả ế
t ng ph n cho i
ừ ầ đố tượ đ
ng 2 vào 2 ra sau ó tổng quát bài toán cho hệ nhi u
ề
chi u nói chung.
ề
Ch ng 5: Mô ph ng và ki m nghi m v i mô hình i t ng 3x3
ươ ỏ ể ệ ớ đố ươ
ch ng này, lu n
Ở ươ ậ văn đề cập n
đế vấn thi t
đề ế kế bộ điều khi n PID
ể
cho hệ m
th ng,
ố ột số k
ph ng
ươ pháp thi t
ế ế s
tìm tham ố c
PID ũng c gi i
đượ ớ
thi u ây.
ệ ở đ
Ch ng 6:
ươ Tổng quát bài toán tách kênh cho hệ nhi u chi u
ề ề nói chung.
Nh ng
ữ vấn đề về tách kênh ng
độ tổng quát, tách kênh tĩnh tổng quát cũng
đượ ậ ă đề ậ ụ ể ở đ
c lu n v n c p c th ây.
Ch ng 7: K t lu n và h ng phát tri n c a tài.
ươ ế ậ ướ ể ủ đề

ọ ă
Ch ng 2:
ươ
QUÁ TRÌNH A BI N VÀ PH NG PHÁP
Đ Ế ƯƠ
Đ Ề Ể Đ Ế
I U KHI N QUÁ TRÌNH A BI N.
2.1. T ng quan v quá trình a bi n
ổ ề đ ế
2.1.1. T ng quan
ổ
M t
ộ hệ g
th ng
ố thông th ng
ườ có thể ồm nhi u bi n vào, bi n ra
ề ế ế gọi là
h th ng a bi n. c tr ng quan tr ng nh t
ệ ố đ ế Đặ ư ọ ấ với hệ th ng a
ố đ bi n ó
ế đ là khả
n ng nh
ă ả hưởng lẫn nhau gi a các bi n hay
ữ ế sự tươ ữ ế
ng tác gi a các bi n, một
bi n u vào có th tác ng n nhi u bi n u ra và
ế đầ ể độ đế ề ế đầ một bi n u ra
ế đầ cũng
có th ch u nh h ng c a nhi u bi n vào.
ể ị ả ưở ủ ề ế
M t
ộ hệ h
th ng a bi n
ố đ ế có thể coi như nhi u
ề ệ n
SISO ếu nh không có
ư
s tác ng
ự độ lẫn nhau của các bi n, tr ng
ế ườ hợp ó ta
đ gọi là hệ th ng ã c
ố đ đượ
tách kênh.
M c ích i u khi n quá trình nói chung và i u khi n a bi n nói riêng
ụ đ đ ề ể đ ề ể đ ế
là ph i m b o các yêu c u sau:
ả đả ả ầ
- Đảm bảo vận hành n nh, tr n tru
ổ đị ơ : m
đả bảo năng su t (t c
ấ ố độ sản
xu t), kéo dài tu i th máy móc, v n hành thu n ti n.
ấ ổ ọ ậ ậ ệ
- Đảm bảo ch t
ấ lượng sản ph m
ẩ : gi các thông
ữ số l
ch t
ấ ượng sản ph m
ẩ
bi n ng trong m t kho ng nh
ế độ ộ ả ỏ
- Đảm bảo vận hành an toàn: cho con ng i, máy móc, thi t
ườ ế bị và môi
tr ng
ườ
- Nâng cao hi u qu kinh
ệ ả tế, tăng lợi nhu n
ậ : gi m chi phí nhân công,
ả
nguyên li u và nhiên li u, thích ng nhanh
ệ ệ ứ với yêu cầu thay i
đổ của
th tr ng
ị ườ

ọ ă
- Gi m ô nhi m môi tr ng
ả ễ ườ : Gi m
ả nồng các ch t c
độ ấ độ hại trong khí
th i, n c th i, gi m b i, gi m s d ng nguyên li u và nhiên li u
ả ướ ả ả ụ ả ử ụ ệ ệ
2.1.2. Phân tích một quá trình a bi n qua ví
đ ế dụ quá trình nghi n
ề xi
m ng
ă
Nhìn t quan i m công ngh :
ừ đ ể ệ
Quá trình nghi n xi
ề măng bao gồm các i
đạ lượ đạ
ng vào, i lượng
ra c phân chia nh sau
đượ ư :
* Các i l ng vào
đạ ượ
+ L u l ng các thành ph n li u vào máy nghi n F1
ư ượ ầ ệ ề
+ L u l ng xi m ng h i l u F2
ư ượ ă ồ ư
+ T c quay c a máy nghi n N1
ố độ ủ ề
+ T c quay c a máy phân ly ng l c N2
ố độ ủ độ ự
+ Nhi t li u tr c khi nghi n T2
ệ độ ệ ướ ề
+ L u l ng n c phun vào máy
ư ượ ướ nghi n F3 , F4.
ề
* Các i l ng ra
đạ ượ
+ Nhi t xi m ng ra kh i máy nghi n T1
ệ độ ă ỏ ề
+ L u l ng xi m ng ra kh i máy nghi n F
ư ượ ă ỏ ề
+ Áp su t khí ra kh i máy nghi n P.
ấ ỏ ề
Nhìn t quan i m c a i u khi n quá trình
ừ đ ể ủ đ ề ể
Đảm bảo vận hành hệ l
th ng n nh
ố ổ đị ngh a
ĩ là n nh
ổ đị ưu lượ ệ
ng li u
vào và ra kh i máy nghi n (hay chính là n nh
ỏ ề ổ đị mức li u trong máy
ệ
nghi n). Bài toán i u khi n t ra cho ng i
ề đ ề ể đặ ườ kỹ sư k
thi t
ế ế hệ th ng ây
ố ở đ
là bài toán i u khi n n nh
đ ề ể ổ đị mức li u bên trong máy nghi n (L)
ệ ề nằm trong
ph m vi cho phép
ạ của của yêu cầu công ngh .
ệ Mức li u trong máy nghi n
ệ ề
ph thu c ch
ụ ộ ủ yếu vào lưu lượ ệ
ng li u vào (F1), xi măng ra (F) và lượ ệ
ng li u
h i
ồ lưu (F2). Lưu lượng xi măng ra là không th can thi p
ể ệ bởi nó quy t nh
ế đị
n ng su t
ă ấ của máy nghi n, ta ch nên
ề ỉ tăng mà không nên gi m. Do ó,
ả đ lưu
l ng than ra c xem là nhi u.
ượ đượ ễ Lượ ệ
ng li u hồi lưu (xi măng thô ch a t
ư đạ
yêu cầu về độ mịn) có nh
ả hưở đế
ng n mức than trong máy nghi n song
ề
không nhi u, trong tr ng
ề ườ hợp này ta cũng xem là nhi u. Nhi u này có th
ễ ễ ể

ọ ă
đo và bù khi sử dụng bộ điều khi n có bù nhi u.
ể ễ Vậy bi n c i u khi n
ế đượ đ ề ể
(bi n ra) là
ế mức li u trong máy nghi n L, bi n i u khi n (bi n vào) là
ệ ề ế đ ề ể ế lưu
l ng li u vào F1. Trên th c
ượ ệ ự tế, mức li u (L) là i
ệ đạ lượ đ đượ
ng không o c
tr c ti p. Khi thi t
ự ế ế kế hệ l
th ng i u
ố đ ề khi n,
ể thay vì o
đ ượ ườ
ng than L ng i ta
đ độ ồ
o n (S) phát ra từ c
máy nghi n
ề nhờ ảm bi n o n UE-4401. n
ế đ độ ồ Độ ồ
phát ra càng lớn thì mức li u bên trong máy nghi n càng th p. Nh
ệ ề ấ ư vậy, bài
toán i u khi n n nh
đ ề ể ổ đị mức li u L c thay th
ệ đượ ế bởi bài toán i u khi n n
đ ề ể ổ
đị độ ồ ế đượ đ ề ể ế độ ồ
nh n S. Bi n c i u khi n (bi n ra) là n phát ra từ máy nghi n
ề
S, bi n i u khi n (bi n vào) là l u l ng li u vào F1.
ế đ ề ể ế ư ượ ệ
Ch t
ấ lượng sản ph m
ẩ của quá trình nghi n xi
ề măng th hi n
ể ệ ở độ mịn,
độ ẩm của xi măng sau quá trình nghi n và
ề tỉ lệ của ba thành ph n
ầ cơ bản:
clinker (F5), basalt (F6) và th ch cao (F7). n
ạ Độ mị của xi măng nh ã nói
ư đ ở
trên ph thu c ch
ụ ộ ủ yếu vào tốc quay
độ của máy phân ly ng
độ lực, tốc độ
quay của máy phân ly ng
độ lực c t
đượ đặ ở một giá tr nào ó theo kinh
ị đ
nghi m
ệ của ng i
ườ vận hành hay theo yêu cầu công nghệ để độ mịn của xi
m ng sau quá trình nghi n t yêu
ă ề đạ cầu. m
Độ ẩ của xi măng ra ph thu c vào
ụ ộ
độ ẩm của li u u vào và
ệ đầ lưu lượ ướ
ng n c phun vào máy nghi n. m
ề Độ ẩ của
li u vào c xem nh nhi u u vào nên m
ệ đượ ư ễ đầ độ ẩ của xi măng ra ph thu c
ụ ộ
chủ yếu vào lưu lượng nướ ề
c phun vào máy nghi n F3, F4. Mặt khác, m
độ ẩ
và nhi t
ệ độ lại có quan hệ v
ch t
ặ chẽ ới nhau. Khi nhi t xi
ệ độ măng ra nằm
trong kho ng nào ó thì có th coi m
ả đ ể độ ẩ của xi măng ra t yêu
đạ cầu. Như
v y, bài toán i u khi n t ra cho ng i
ậ đ ề ể đặ ườ kỹ sư k
thi t
ế ế hệ th ng ây
ố ở đ là
đ ề ể ổ đị ệ độ
i u khi n n nh nhi t của xi măng ra trong ph m vi cho phép. Bi n
ạ ế
đượ đ ề ể ế ệ độ
c i u khi n (bi n ra) là nhi t của than ra T1, bi n i u khi n (bi n
ế đ ề ể ế
vào) là lưu lượng nướ ề đ ề
c phun vào trong máy nghi n F3, F4. Và bài toán i u
khi n t l thành ph n các ch t tr c khi vào máy nghi n (bài toán ph i li u).
ể ỉ ệ ầ ấ ướ ề ố ệ
Như vậy, nhìn từ quan i m i u khi n
đ ể đ ề ể ta có thể phân chia các bi n
ế vào,
bi n ra và nhi u nh sau:
ế ễ ư
Các bi n vào
ế
* Bi n i u khi n
ế đ ề ể
+ L u l ng li u vào F1
ư ượ ệ
+ L u l ng n c phun vào máy nghi n F3, F4.
ư ượ ướ ề

ọ ă
* Nhi u u vào
ễ đầ
+ L u l ng than ra F
ư ượ
+ L u l ng than h i l u F2
ư ượ ồ ư
+ Nhi t li u tr c khi vào máy nghi n T2.
ệ độ ệ ướ ề
q Các bi n ra
ế
* Bi n ra c i u khi n
+ Nhi t Xim ng ra kh i máy nghi n T1
ệ độ ă ỏ ề
+ n phát ra t máy nghi n S.
Độ ồ ừ ề
* Bi n ra không c i u khi n
+ áp su t khí ra kh i máy nghi n P.
ấ ỏ ề
Sơ đồ ố ề
kh i quá trình nghi n xi măng theo quan i m i u khi n quá
đ ể đ ề ể
trình c th hi n trên hình v sau:
đượ ể ệ ẽ
Hình 2. 1: S kh i quá trình nghi n xi m ng theo quan i m i u khi n quá trình
ơ đồ ố ề ă đ ể đ ề ể
Qua phân tích ta ã th y rõ
đ ấ sự t v
ương tác, liên quan ới nhau gi a các bi n
ữ ế
vào ra trong quá trình a bi n.
đ ế
2.2. Sách l c i u khi n cho quá trình a bi n
ượ đ ề ể đ ế
Sau khi xác nh c các bi n c i u khi n, các bi n c tác
đị đượ ế đượ đ ề ể ế đượ
động tươ ứ
ng ng và bướ ế
c ti p theo là lựa ch n
ọ cấu trúc và sách lượ đ ề
c i u
khi n phù
ể hợp. Một cấu hình i u khi n c xây ng
đ ề ể đượ dự dựa trên ph i
sự ố hợp
m t ho c nhi u ph n
ộ ặ ề ầ tử c
và ấu trúc cơ bản của một ho c nhi u sách
ặ ề lược
đ ề ể ượ ơ ả đ
i u khi n. Các sách l c c b n ó là:

ọ ă
- Các khâu ph n h i
ả ồ
- Các khâu truy n th ng
ề ẳ
- Các khâu t l
ỉ ệ
- Các khâu l a ch n, h n ch
ự ọ ạ ế
- Các c u trúc bù tr
ấ ễ
- Các c u trúc phân ly(Tách kênh)
ấ
- C u trúc t ng
ấ ầ
C u hình i u ch nh n bi n còn
ấ đ ề ỉ đơ ế gọi là cấu hình i u ch nh vòng
đ ề ỉ
đơn. Bộ điều khi n n bi n ch có
ể đơ ế ỉ một u ra nh ng có th có
đầ ư ể một ho c
ặ
nhi u u vào c
ề đầ đượ sử dụng i u ch nh
để đ ề ỉ một bi n quá trình.
ế Với nh
đị
ngh a nh
ĩ ư vậy thì một sách lượ đ ề ể
c i u khi n tầng, sách lượ đ ề ể ả
c i u khi n ph n
h i
ồ kết hợp bù nhi u, sách
ễ lượ đ ề ể
c i u khi n tỉ lệ đề đượ
u c xếp vào cấu hình
đ ề ể đơ ế
i u khi n n bi n, tóm i
lạ nế ụ
u m c ích i u khi n ch nh m vào t bi n
đ đ ề ể ỉ ằ mộ ế
quá trình. Một bộ điều khi n n bi n có th c th c hi n
ể đơ ế ể đượ ự ệ dưới dạng một
thi t
ế bị l
đơn ẻ, nh ng
ư cũng có th c th c hi n
ể đượ ự ệ dưới dạng một thành ph n
ầ
ph n m m n m trong tr m d li u chia s , t p trung.
ầ ề ằ ạ ữ ệ ẻ ậ
M t
ộ vấn đề lớn của cấu hình i u khi n n bi n là
đ ề ể đơ ế sự tươ ữ
ng tác gi a
các vòng i u ch nh. Trên th c
đ ề ỉ ự tế b
có hai ph ng
ươ pháp th c
ự hi n
ệ là ỏ qua
các quan hệ tươ ặ ệ
ng tác ho c tìm cách tri t tiêu các quan hệ tương tác chéo
b ng các khâu bù tách kênh. ph ng pháp th nh t òi
ằ Ở ươ ứ ấ đ hỏi ph i xác nh
ả đị
các cặp bi n vào ra có quan
ế hệ lấn át, a bài toán i u khi n a bi n thành
đư đ ề ể đ ế
các bài toán i u khi n n bi n. ây còn
đ ề ể đơ ế Đ gọi là i u khi n phi
đ ề ể tập
trung(decentralized control). Ph ng án th hai còn g i là i u khi n phân ly
ươ ứ ọ đ ề ể
hay i u khi n tách kênh( decoupling control).
đ ề ể Với các khâu tách kênh c
đượ
th c hi n
ự ệ dựa trên hi u bi t chi ti t
ể ế ế về quá trình ho c
ặ qua tính toán trên mô
hình toán h c.
ọ
M c dù có nh c i m trên,
ặ ượ đ ể cấu hình n bi n
đơ ế vẫn c
đượ sử dụng ở
h u
ầ hết các gi i pháp i u khi n quá trình
ả đ ề ể bởi hai lý do. Th nh t là i u
ứ ấ đ ề
khi n n bi n cho phép
ể đơ ế sử dụng tối a các hi u bi t
đ ể ế về quá trình công nghệ
và qua ó a ra sách
đ đư lượ đ ề ể
c i u khi n hợp lý. Th hai, i u khi n n bi n
ứ đ ề ể đơ ế
khá n gi n và ã c ki m ch ng trong nhi u ng
đơ ả đ đượ ể ứ ề ứ dụng th c
ự tế. Nếu cấu

ọ ă
hình này ã tho mãn các các
đ ả mục tiêu t ra
đặ về n
tính ăng kỹ thu t
ậ và hi u
ệ
qu kinh
ả tế s
thì không có lý do gì ng i
ườ ử dụng ph i thay i cách nhìn nh n
ả đổ ậ
và hướ ả ế Đặ ệ đ ề ể
ng gi i quy t. c bi t, i u khi n phi tập trung là cấu hình thích hơp
cho ki n trúc i u khi n phân tán xu ng
ế đ ề ể ố cấp tr ng ang c quan tâm
ườ đ đượ
hi n nay.
ệ
M t
ộ bộ điều khi n có
ể cấu hình a bi n là
đ ế một bộ điều ch nh có nhi u
ỉ ề
đầu ra tươ ứ
ng ng với nhi u bi n c i u khi n, th ng c th c hi n
ề ế đượ đ ề ể ườ đượ ự ệ
“m m” trong m t tr m chia s . C u hình a bi n có nhi u u i m nh sau:
ề ộ ạ ẻ ấ đ ế ề ư đ ể ư
- Lo i
ạ bỏ m
được ột số l
bi n
ế trung gian mà áng
đ ẽ t
pahỉ coi là nhi u
ễ ải
trong quá trình i u khi n n bi n
đ ề ể đơ ế
- Quan hệ tươ ữ ế đượ ể ệ ầ
ng tác gi a các bi n quá trình c th hi n ng m trong
mô hình thi t
ế kế. Vì th ta không
ế cần quan tâm c bi t n
đặ ệ đế vấn đề
c p ôi tín hi u vào ra
ặ đ ệ cũng như đề cập tới vấn thi t
đề ế kế các khâu
tách kênh.
- Khai thác tri t c u th
ệ để đượ ư ế của ph ng pháp i u khi n tiên ti n
ươ đ ề ể ế
c ng nh n ng l c tính toán c a các thi t b i u khi n hi n i.
ũ ư ă ự ủ ế ị đ ề ể ệ đạ
Trong th c
ự tế, có rất nhi u bài toán i u khi n mà ch t
ề đ ề ể ấ lượ ỉ ể
ng ch có th
đảm bảo và nâng cao nếu áp dụng cấu hình i u khi n a bi n. Song i u
đ ề ể đ ế đ ề
khi n a bi n
ể đ ế cũng có một số c
nh c i m
ượ đ ể ủa nó. Th nh t,
ứ ấ nếu c
đượ
th c hi n
ự ệ một cách tập trung thì tin
độ cậy của hệ s
th ng
ố ẽ bị gi m i
ả đ do
s ph thu c
ự ụ ộ của nhi u bi n quá trình vào
ề ế bộ điều khi n duy nh t. Th
ể ấ ứ
hai, bộ điều khi n a bi n khó có th
ể đ ế ể tạm dụng tri t các thông tin c
ệ để đặ
thù của quá trình công ngh . Cu i cùng, trong các
ệ ố bộ điều khi n
ể số, a
đ
bi n khó có th
ế ể hỗ k
trợ nhi u
ề chu ỳ trích mẫu khác nhau- tươ ứ
ng ng với
yêu c u c thù c a t ng bi n quá trình khác nhau.
ầ đặ ủ ừ ế
Vi c thi t
ệ ế kế cấu trúc i u khi n cho quá trình a bi n là
đ ề ể đ ế một vấn đề
ph c
ứ tạp và cũng là i m ang c quan tâm nguyên
đ ể đ đượ cứu. Ph n này nh m
ầ ằ
làm rõ bài toán thi t
ế kế cấu trúc i u khi n a bi n,
đ ề ể đ ế từ đó a ra nguyên
đư tắc
c b n trong vi c thi t k c u trúc i u khi n cho quá trình a bi n.
ơ ả ệ ế ế ấ đ ề ể đ ế
2.2.1. Khái ni m v c u trúc i u khi n
ệ ề ấ đ ề ể

ọ ă
Trong th c
ự tế h
các ệ h
th ng u
ố đề là nh ng
ữ ệ th ng nhi u
ố ề vào nhi u
ề ra.
Trong quá trình xây dựng mô hình toán học ta ã nh n nh rõ c vai trò
đ ậ đị đượ
c a các bi n quá trình và quan h gi a các bi n ó v i nhau.
ủ ế ệ ữ ế đ ớ
Khi thi t k c u trúc i u khi n cho quá trình a bi n ta c n xác nh rõ:
ế ế ấ đ ề ể đ ế ầ đị
- Nh ng bi n quá trình nào
ữ ế sẽ l
được ựa ch n th c
ọ ự sự cho bài toán
đ ề ể ụ ể
i u khi n c th
- Sử dụng bộ điều khi n a bi n (t p trung) hay
ể đ ế ậ bộ điều khi n n
ể đơ
bi n ( phi t p trung) i u khi n m t quá trình ph c t p.
ế ậ để đ ề ể ộ ứ ạ
- N u
ế sử dụng bộ điều khi n n bi n thì bi n i u khi n nào c
ể đơ ế ế đ ề ể đượ
c p ôi v i bi n c i u khi n nào?
ặ đ ớ ế đượ đ ề ể
- Có thể sử dụng thông tin về một số m
bi n
ế khác ho c
ặ ột số bi n
ế
nhi u o c nâng cao ch t
ễ đ đượ để ấ lượng cho một vòng i u khi n
đ ề ể
nào ó?
đ
- Có th ph i
ể ố hợp nhi u
ề bộ điều khi n n bi n nâng cao ch t
ể đơ ế để ấ
l ng i u khi n không,
ượ đ ề ể nếu có th thì hình th c ph i
ể ứ ố hợp nh th
ư ế
nào?
- …
Vi c a ra câu tr
ệ đư ả lời của các vấn trên và a các
đề đư bản vẽ chi ti t
ế
c u trúc
ấ của hệ c
th ng
ố trên ơ sở lưu P&ID ho c
đồ ặ sơ đồ kh i
ố chính là
nhi m v thi t k c u trúc i u khi n.
ệ ụ ế ế ấ đ ề ể
2.2.2. Sách l c i u khi n truy n th ng
ượ đ ề ể ề ẳ
- Khái ni m và c u trúc c b n:
ệ ấ ơ ả
+ Giá tr bi n i u khi n c tính toán thông qua các bi n nhi u, vì th
ị ế đ ề ể đượ ế ễ ế
sách l c i u khi n này còn g i là sách l c bù nhi u
ượ đ ề ể ọ ượ ễ
+ Cấu trúc cơ bản của i u khi n truy n th ng c minh
đ ề ể ề ẳ đượ họa nh hình
ư
v d i ây:
ẽ ướ đ

ọ ă
Hình 2. 2: s kh i b i u khi n truy n th ng
ơ đồ ố ộ đ ề ể ề ẳ
Tư tưởng của i u khi n truy n th ng c
đ ề ể ề ẳ đượ tổng quát hoá và minh hoạ ở
hình d i ây:
ướ đ
Hình 2. 3: C u trúc và nguyên lý c b n c a b i u khi n truy n th ng
ấ ơ ả ủ ộ đ ề ể ề ẳ
Đối tượ đ ề ể ở đ ả đượ ể
ng i u khi n ây ph i c hi u gồm quá trình kỹ thu t
ậ cùng
v i các ph n ch
ớ ầ tử ấp hành. Nếu nh nhi u o c và áp ng a i ng
ư ễ đ đượ đ ứ củ đố tượ
v i u vào
ớ đầ cũng nh nhi u bi t tr c,
ư ễ ế ướ bộ điều khi n ch
ể ỉ cần th c hi n thu t
ự ệ ậ
toán bù sao cho giá tr bi n c i u khi n úng b ng giá tr t.
ị ế đượ đ ề ể đ ằ ị đặ
G i hàm truy n
ọ ề từ t
đối ượ đầ
ng vào u vào tới u ra là G(s) và
đầ từ nhi u
ễ
đế đầ
n u ra là Gd(s). Bộ điều khi n truy n th ng
ể ề ẳ sẽ có hai u
đầ vào( tín hi u
ệ
ch o r và tín hi u nhi u d) và
ủ đạ ệ ễ một u ra (tín hi u i u khi n u). Gi
đầ ệ đ ề ể ả sử
tồn t i hàm truy n K
ạ ề r(s) = G-1
(s), b i u khi n s có m t áp ng lý t ng:
ộ đ ề ể ẽ ộ đ ứ ưở
y = G(s)u+Gd(s)d = G(s)Kr(s)(r-Gd(s)d+Gd(s)d = r
Đặ đ ể
c i m cơ bản của bộ điều khi n truy n th ng là
ể ề ẳ số bi n
ế nhi u
ễ quá
trình c o và a n
đượ đ đư đế bộ điều khi n.
ể Dựa vào các giá tr o c cùng
ị đ đượ
v i nh ng giá tr t
ớ ữ ị đặ bộ điều khi n tính toán a ra giá tr cho bi n i u
ể đư ị ế đ ề

ọ ă
khi n.
ể Nếu c tính áp ng
đặ đ ứ của quá trình với bi n i u khi n
ế đ ề ể cũng như
nhi u bi t tr c,
ễ ế ướ bộ điều khi n có th th c hi n thu t toán bù tr c sao cho
ể ể ự ệ ậ ướ
giá tr bi n c i u khi n úng b ng giá tr t.
ị ế đượ đ ề ể đ ằ ị đặ
- Các tính ch t c a i u khi n truy n th ng:
ấ ủ đ ề ể ề ẳ
B i u khi n truy n th ng ã lo i
ộ đ ề ể ề ẳ đ ạ bỏ k
nhi u
ễ tr c
ướ khi nó ịp nh
ả
h ng x u n quá trình
ưở ấ đế
- Nh c i m:
ượ đ ể
+ Bộ điều khi n truy n th ng khá nh y
ể ề ẳ ạ cảm với sai lệch mô hình. Nó
không làm gi m nh
ả ả hưởng của sai lệch mô hình i
đố tượng cũng như
sai l ch mô hình nhi u n ch t l ng i u khi n
ệ ễ đế ấ ượ đ ề ể
+ Ch u nh
ị ả hưởng của nhi u không o c, sai
ễ đ đượ lệch i u khi n
đ ề ể vẫn
t n t i ngay c khi b i u khi n v n ho t ng t t
ồ ạ ả ộ đ ề ể ẫ ạ độ ố
+ Bộ điều khi n truy n th ng không th làm n nh
ể ề ẳ ể ổ đị một quá trình
không n nh. Ngay
ổ đị cả t
khi ồn tại bộ điều khi n lý
ể tưởng với hàm
truy n t
ề đạ G-1
(s) kh thi
ả cũng ch có tác
ỉ dụng tri t tiêu i m
ệ đ ể cực
không n nh
ổ đị của G(s) nh ng không m
ư đả bảo tính ch t n nh
ấ ổ đị nội
c a
ủ hệ c
th ng.Ch
ố ỉ ần nhi u u vào
ễ đầ du rất nhỏ cũng làm áp ng u
đ ứ đầ
ra ti n t i vô cùng
ế ớ
y = G(u+du)+ Gdd = Gdu
- ng d ng c a i u khi n truy n th ng:
Ứ ụ ủ đ ề ể ề ẳ
M c dù có nhi u nh c i m ã a ra nh trên nh ng i u khi n
ặ ề ượ đ ể đ đư ư ư đ ề ể
truy n th ng
ề ẳ vẫn c
đượ sử dụng rộng rãi vì i u khi n truy n th ng có
đ ề ể ề ẳ
tác ng nhanh, cho phép lo i
độ ạ bỏ đáng kể ảnh hưởng của nhi u o
ễ đ
đượ ướ ễ
c tr c khi nhi u này kịp tác ng
độ xấu n
đế hệ c
th ng,
ố ũng như hệ
th ng áp ng nhanh
ố đ ứ với giá tr t thay i. Bên
ị đặ đổ cạnh ó i u khi n
đ đ ề ể
truy n th ng tuy không có kh
ề ẳ ả năng n nh
ổ đị một quá trình không n
ổ
đị ư
nh nh ng nó không làm mất n nh
ổ đị của một quá trình không n
ổ
đị ế đ ề ể ề ẳ ườ đượ
nh, vì th i u khi n truy n th ng th ng c kết hợp với i u
đ ề
khi n ph n h i hay i u khi n t l .
ể ả ồ đ ề ể ỉ ệ

ọ ă
2.2.3. Sách l c i u khi n ph n h i
ượ đ ề ể ả ồ
Đ ề ể ả
i u khi n ph n hồi là một ph ng pháp i u khi n
ươ đ ề ể nền tảng trong lý
thuy t i u khi n
ế đ ề ể tự d
động, nó ựa trên nguyên tắc o liên
đ tục giá trị
bi n c i u khi n và ph n
ế đượ đ ề ể ả hồi thông tin về bộ điều khi n tính
ể để
toán lại các giá trị của bi n i u khi n
ế đ ề ể dựa trên giá tr sai
ị lệch gi a
ữ
bi n nh n c và giá tr t (giá tr mong mu n) c a công ngh .
ế ậ đượ ị đặ ị ố ủ ệ
Trong th c
ự tế h
cho th y i u
ấ đ ề khi n
ể ph n
ả ồi th ng liên
ườ kết với các
sách lượ đ ề ể ư đ ề ể ề ẳ đ ề ể
c i u khi n khác nh i u khi n truy n th ng và i u khi n
k t
ế nối tầng. có các
để kết qu nh mong mu n
ả ư ố của ng i thi t
ườ ế kế cấu
trúc i u khi n.
đ ề ể
Chi u tác ng:
ề độ
Đây là một quy t nh quan tr ng nh t mà
ế đị ọ ấ một kỹ sư điều khi n ph i a
ể ả đư
ra khi áp dụng sách lượ đ ề ể ả
c i u khi n ph n hồi, bởi lu t i u khi n có th
ậ đ ề ể ể
gi ng nhau nh ng chi u tác ng khác nhau thì
ố ư ề độ dẫn n tác ng i u khi n
đế độ đ ề ể
trái ng c. Tác ng i u khi n
ượ độ đ ề ể gọi là thu n khi u ra
ậ đầ của nó ng bi n
đồ ế với
sai lệch. Tác ng
độ của bộ điều khi n
ể gọi là ng c khi u ra là
ượ đầ một hàm
ngh ch bi n
ị ế với sai lệch.Vi c
ệ lựa ch n chi u tác ng yêu
ọ ề độ cầu hi u bi t
ể ế về
đố ượ ũ ư ể độ ủ
i t ng c ng nh ki u tác ng c a van.
C u trúc c b n c a i u khi n ph n h i
ấ ơ ả ủ đ ề ể ả ồ
Hai cấu hình cơ bản của một vòng i u khi n ph n
đ ề ể ả hồi c minh
đượ họa
trên hình v sau:
ẽ

ọ ă
Hình 2. 4: C u trúc i u khi n ph n h i
ấ đ ề ể ả ồ
Trong a
đ số h
các tr ng
ườ ợp, bộ điều khi n th c hi n lu t i u khi n
ể ự ệ ậ đ ề ể dựa
trên sai lệch gi a giá tr c i u khi n (PV)
ữ ị đượ đ ề ể với giá tr t (SP). Ví , lu t
ị đặ dụ ậ
tỉ lệ t
trong thu t
ậ toán PID a
đư ra giá tr i u
ị đ ề khi n
ể ỉ lệ với sai số điều khi n,
ể
lu t tích phân
ậ dựa trên giá tr tích phân và lu t vi phân
ị ậ dự ủ
a trên o hàm
đạ c a
sai số điều khi n. Trong
ể cấu hình i u khi n
đ ề ể một bậc tự do minh họa phía
trên, bộ điều khi n ch tính toán u ra
ể ỉ đầ của nó dựa theo sai lệch, không phân
bi t sai
ệ lệch ó là do nhi u hay giá tr t thay i gây ra.
đ ễ ị đặ đổ Với cấu hình hai
b c
ậ tự h
do minh ọa trên sơ d
đồ ưới, bộ điều khi n có hai u vào và do
ể đầ vậy
có th a ra áp ng riêng bi t cho t ng kênh.
ể đư đ ứ ệ ừ

ọ ă
Hình 2. 5: M t ví d i u khi n ph n h i k t h p bù nhi u
ộ ụ đ ề ể ả ồ ế ợ ễ
Vai trò c a i u khi n ph n h i
ủ đ ề ể ả ồ
Đ ề ể ả
i u khi n ph n hồi là sách lượ đ ề ể
c i u khi n cơ bản nh t, không th
ấ ể
thi u trong
ế hầu hết các hệ v
th ng i u
ố đ ề khi n
ể quá trình ới ba lý do cơ
bản sau:
- M t quá trình không n nh ch có th n nh hoá
ộ ổ đị ỉ ể ổ đị bằng i u
đ ề
khi n ph n
ể ả hồi nh m
ằ dịch các i m
đ ể cực sang nửa bên trái mặt
ph ng ph c
ẳ ứ
- Khi nhi u không o c ho c mô hình nhi u
ễ đ đượ ặ ễ bất nh thì nh
đị ả
h ng
ưở của nó ch có th tri t tiêu nh nguyên lý i u khi n ph n
ỉ ể ệ ờ đ ề ể ả
h i
ồ
- Mô hình i
đố tượ ệ ệ ỉ ệ
ng không chính xác nên vi c hi u ch nh tín hi u
đ ề ể ỉ ể ệ ễ ế đầ
i u khi n ch có th thông qua vi c quan sát di n bi n u ra.
Các v n c a i u khi n ph n h i
ấ đề ủ đ ề ể ả ồ
Đ ề ể ả
i u khi n ph n hồi cũng có nh ng
ữ hạn chế của nó. u tiên n nh
Đầ ổ đị
h th ng là
ệ ố vấn riêng
đề của i u khi n ph n
đ ề ể ả hồi. Một bộ điều khi n có
ể
th n nh
ể ổ đị một i ng không n nh, song t vòng i u khi n ch a
đố tượ ổ đị mộ đ ề ể ứ
đố ượ ổ đị ũ ể ở ấ ổ đị
i t ng n nh c ng có th tr lên m t n nh.
M t khác t ch t
ặ để đạ ấ lượ ả
ng ph n hồi tốt thì phép o i
đ đạ lượ ả
ng ph n hồi
ph i có chính xác
ả độ cần thi t.
ế Bản thân cảm bi n
ế cũ ủ
ng ch u tác ng
ị độ c a

ọ ă
nhi u o nên khi giá tr o có sai
ễ đ ị đ số lớn thì ch t
ấ lượ đ ề ể
ng i u khi n không
còn c m b o n u không có thu t toán l c nhi u thích h p.
đượ đả ả ế ậ ọ ễ ợ
Bên c nh ó, m c dù i u khi n ph n h i có th ch p nh n s sai l ch c a
ạ đ ặ đ ề ể ả ồ ể ấ ậ ự ệ ủ
m t mô hình
ộ ở mức nào ó nh ng nó không th gi i quy t hoàn toàn
độ đ ư ể ả ế
v n này. Th t khó có
ấ đề ậ bộ điều khi n
ể tốt nếu nh nó không có mô hình
ư
t t nh t là các quá trình ph c t p.
ố ấ ứ ạ
M t nh c i m
ộ ượ đ ể nữa ó là
đ bộ điều khi n ph n
ể ả hồi làm vi c theo
ệ
nguyên tắc ph n ng, ngh a là ch khi có nh
ả ứ ĩ ỉ ả hưởng của nhi u c th
ễ đượ ể
hi n trong giá tr bi n c i u khi n thì nó
ệ ị ế đượ đ ề ể mới tác ng tr
độ ở lại, i u
đ ề
này không th ch p nh n c i
ể ấ ậ đượ đố với nh ng quá trình có tính áp ng
ữ đ ứ
ch m (nh quá trình nhi t, quá trình ph n ng). Nh
ậ ư ệ ả ứ ư vậy tr c khi
ướ bộ
điều khi n
ể kịp a ra tác ng i u ch nh thì ch t
đư độ đ ề ỉ ấ lượng sản ph m ã
ẩ đ bị
ảnh h ng.
ưở
2.2.4. i u khi n t l
Đ ề ể ỉ ệ
Trong i u khi n quá trình, giá tr c a m t bi n c n i u khi n có quan h
đ ề ể ị ủ ộ ế ầ đ ề ể ệ
tr c ti p v i t l gi a các giá tr bi n vào. Do ó, i u khi n t l là duy trì t
ự ế ớ ỷ ệ ữ ị ế đ đ ề ể ỉ ệ ỉ
l gi a hai bi n
ệ ữ ế tại một giá tr t nh m gián ti p i u khi n
ị đặ ằ ế đ ề ể tới một bi n
ế
khác. Sách lượ đ ề ể
c i u khi n tỉ lệ d
được áp ụng cho nhi u bài toán khác nhau.
ề
M c 2.2.6.
ụ dướ đ
i ây là sơ đồ đ ề
i u khi n
ể tỉ lệ các thành ph n li u tr c khi
ầ ệ ướ
nghi n và n phát ra
ề độ ồ từ v
máy nghi n,
ề để th c
ự hi n
ệ quá trình như ậy phải
kết h p v i i u khi n t
ợ ớ đ ề ể ầng.

ọ ă
Hình 2. 6: M t ví d v i u khi n t l
ộ ụ ề đ ề ể ỷ ệ
B n ch t c a i u khi n t l :
ả ấ ủ đ ề ể ỉ ệ
i u khi n
Đ ề ể tỉ lệ h
là tr ng
ườ ợp c bi t
đặ ệ của i u khi n truy n th ng
đ ề ể ề ẳ với
các nhi u c o và bù theo nguyên
ễ đượ đ tắc tỉ lệ. Quan hệ gi a
ữ bi n c i u
ế đượ đ ề
khi n và bi n
ể ế cần i u khi n th ng là quan
đ ề ể ườ hệ t
tuy n
ế tính. i u
Đ ề khi n
ể ỉ lệ
giúp cho vi c thi t
ệ ế kế cấu trúc i u khi n n bi n cho quá trình a bi n
đ ề ể đơ ế đ ế
đượ đơ ả
c n gi n hơn, trong ó
đ sự tươ ữ đ ề ể
ng quan chéo gi a các vòng i u khi n
đượ ả ể
c gi m thi u.
Sách lượ đ ề ể
c i u khi n tỉ lệ có thể th c
ự hi n
ệ theo hai ph ng
ươ án nh minh
ư
h a trên hình sau.
ọ

ọ ă
Hình 2. 7: Hai ph ng án i u khi n t l
ươ đ ề ể ỉ ệ
Trên sơ t
đồ Hình a, ỉ lệ lưu lượng của hai dòng c tính toán và a
đượ đư tới
khâu i u ch nh
đ ề ỉ tỉ lệ l
RC (th c
ự hi n
ệ lu t
ậ PI thông th ng) i u
ườ để đ ề ch nh
ỉ ại
l u
ư lượ đượ độ ườ
ng dòng c tác ng. Trong tr ng hợp này, khâu i u khi n
đ ề ể tỉ lệ
đóng vai trò như một bộ điều ch nh ph n i,
ỉ ả hồ vớ ồ
i giá tr ph n
ị ả h i là tỉ lệ th c
ự
quan sát c và giá tr t (SP) là
đượ ị đặ tỉ lệ T
mong mu n.
ố ất nhiên, ta cũng có
thể kết hợp khâu chia với khâu i u ch nh thành
đ ề ỉ một bộ điều khi n
ể tỉ lệ lưu
l ng FFC duy nh t.
ượ ấ
Ph ng án th hai c minh
ươ ứ đượ họa trên sơ l
đồ Hình b. ây,
Ở đ ưu lượng
c a dòng th nh t (dòng không ki m soát) c nhân
ủ ứ ấ ể đượ với ng
hằ số ỉ
t lệ k
và ết
qu c a
ả đượ đư tới làm giá tr t cho
ị đặ bộ điều ch nh
ỉ lưu lượng của dòng thứ
hai (dòng c tác ng). T ng t
đượ độ ươ ự
B i u khi n t l k t h p i u khi n ph n h i:
ộ đ ề ể ỉ ệ ế ợ đ ề ể ả ồ
Trong hai cấu hình của i u khi n
đ ề ể tỉ lệ c
ta th y
ấ vai trò ủa i u khi n
đ ề ể
ph n
ả hồi. Tuy nhiên, nếu xét theo mục ích i u khi n thì i u khi n
đ đ ề ể đ ề ể tỉ lệ
cũng ch là
ỉ một dạng của i u khi n truy n th ng. Trong th c
đ ề ể ề ẳ ự tế ng i
ườ ta
th ng
ườ kết p gi a
hợ ữ bộ điều khi n
ể t l
ỉ ệ và b i
ộ đ ều khi n ph n
ể ả hồi. t qu là
Kế ả
giá tr t
ị đặ tỉ lệ b
được tính toán và i u
đ ề ch nh
ỉ th ng
ườ xuyên ởi một bộ điều
khi n ph n h i.
ể ả ồ

ọ ă
2.2.5. i u khi n t ng
Đ ề ể ầ
M t trong các
ộ vấ ủ
n đề c a i u khi n ph n
đ ề ể ả hồi là nhiề ả
u khi nh hưởng của
nhi u quá trình n bi n u ra
ễ đế ế đầ cần i u khi n c phát hi n ch m,
đ ề ể đượ ệ ậ vấn đề
này làm nh
ả hưởng xấu n ch t
đế ấ lượng sản ph m. Ví
ẩ dụ trong tháp ch ng
ư
luy n thì vi c thay i
ệ ệ đổ lưu lượ ặ ầ
ng ho c thành ph n cấp li u nh ng
ệ ả hưở rất lớn
đế ấ
n ch t lượng sản ph m ch ng luy n, nh ng ph i sau
ẩ ư ệ ư ả một th i gian thì nh
ờ ả
h ng này
ưở mới quan sát c. Vì th các vòng i u khi n n khó m
đượ ế đ ề ể đơ đả bảo
t c áp ng nhanh c ng nh quá i u ch nh nh .
ố độ đ ứ ũ ư độ đ ề ỉ ỏ
Đ ề ể
i u khi n tầng là một cấu trúc mở rộng củ ồ
a i u khi n ph n
đ ề ể ả h i n, nó
đơ
đượ ử ụ ằ ắ ụ ữ ượ đ ể ở ủ đ ề ể ả
c s d ng nh m kh c ph c nh ng nh c i m trên c a i u khi n ph n
h i. i u khi n
ồ Đ ề ể tầng giúp lo i
ạ bỏ ảnh ng
hưở của một số c
nhi u
ễ và ải thi n rõ
ệ
r t c tính ng
ệ đặ độ học của hệ th ng.
ố Bản ch t
ấ củ ầ
a i u khi n
đ ề ể t ng là phân cấp
đ ề ể ằ ạ ỏ ả ưở ủ ễ ạ ơ
i u khi n nh m lo i b nh h ng c a nhi u ngay t i n i nó sinh ra.
Ứ ụ ủ đ ề ể ầ
ng d ng c a i u khi n t ng:
Ư đ ể
u i m của i u khi n
đ ề ể tầng ó là
đ cải thi n kh
ệ ả năng lo i
ạ bỏ c
nhi u
ễ ục
b , gi m quá i u ch nh,
ộ ả độ đ ề ỉ cải thi n tính n nh toàn
ệ ổ đị hệ kín và nâng cao
tính b n v ng c a h kín.
ề ữ ủ ệ
Tuy nhiên nh ng u i m trên ch có th có c khi áp
ữ ư đ ể ỉ ể đượ dụng úng và
đ
các bộ điều khi n c thi t
ể đượ ế kế hợp lý và có chi phí hợp lý. Do dó ta chỉ cần
áp d ng sách l c i u khi n t ng n i ti p khi:
ụ ượ đ ề ể ầ ố ế
+ Ch t
ấ lượng của hệ điều khi n vòng n thông th ng không áp ng
ể đơ ườ đ ứ
đượ ầ đề
c yêu c u ra
+ Quá trình có th phân chia thành hai quá trình con
ể với nh ng ngu n
ữ ồ
nhi u tác ng c
ễ độ độ lập, trong ó khâu ng tr c ph i ch m
đ đứ ướ ả ậ hơn nhi u khâu
ề
đứng sau
+ Sách lượ ễ
c bù nhi u không áp dụng c ho c áp
đượ ặ dụng kém hi u qu
ệ ả
ho c không gi i quy t c tri t nh
ặ ả ế đượ ệ để ả hưởng của nhi u
ễ cục bộ vào khâu
đứ ướ
ng tr c.
2.3. C u trúc i u khi n t p trung cho quá trình a bi n

ọ ă
H u h t các quá trình công nghi p u có nhi u bi n vào và nhi u bi n ra,
ầ ế ệ đề ề ế ề ế
trong ó
đ một bi n vào có th nh
ế ể ả hưở ề ế
ng nhi u bi n ra và một bi n ra có th
ế ể
ch u nh
ị ả hưởng của nhi u bi n vào.
ề ế Một gi i pháp tiên ti n là ch
ả ế ỉ sử dụng
m t
ộ bộ điều khi n a bi n duy nh t. u vào
ể đ ế ấ Đầ của bộ i
đ ều khi n bao
ể gồm các
giá tr t và các tín hi u o (k các nhi u quá trình o c), u ra là các
ị đặ ệ đ ể ễ đ đượ đầ
tín hi u i u khi n. Thông th ng các b i u khi n a bi n th ng c cài
ệ đ ề ể ườ ộ đ ề ể đ ế ườ đượ
đặt trên các bộ điều khi n
ể số tập trung i
dướ dạng ph n
ầ mềm. Dựa trên sự tập
trung về n
ch c
ứ ăng i u khi n lên
đ ề ế bộ i
đ ều khi n này
ể gọi là bộ điều khi n
ể tập
trung.
D i ây là c u trúc i u khi n a bi n
ướ đ ấ đ ề ể đ ế
Hình 2. 8: B i u khi n a bi n
ộ đ ề ể đ ế
B i u khi n a bi n là
ộ đ ề ể đ ế bộ điều khi n nhi u u vào, nhi u u ra c
ể ề đầ ề đầ đượ
thi t k tr c ti p d a trên m t mô hình a bi n c a quá trình.
ế ế ự ế ự ộ đ ế ủ
2.3.1. u i m c a b i u khi n t p trung
Ư đ ể ủ ộ đ ề ể ậ
Ư đ ể
u i m a
củ bộ i s
đ ều khi n a
ể đ bi n
ế là ự t ng tác gi a các bi n quá trình
ươ ữ ế
đ đượ ươ ế ạ
ã c quan tâm trong ph ng pháp thi t , lo
kế i bỏ các bi n
ế trung gian mà
bình th ng coi là nhi u trong c u trúc phi t p trung.
ườ ễ ấ ậ

ọ ă
Khai thác tri t các ph ng pháp i u khi n tiên ti n c ng nh n ng l c
ệ để ươ đ ề ể ế ũ ư ă ự
tính toán của các thi t
ế bị t
hi n i. Th c
ệ đạ ự ế, rất nhi u bài toán i u khi n ch
ề đ ề ể ỉ
đả ả ấ ượ ế ụ ấ ậ
m b o ch t l ng n u áp d ng c u trúc t p trung.
2.3.2. H n ch c a c u trúc i u khi n t p trung:
ạ ế ủ ấ đ ề ể ậ
- Công vi c xây
ệ dựng mô hình th ng là
ườ rất ph c
ứ tạpvà tốn nhi u
ề
th i gian. Mô hình quá trình yêu c u t ng i chính xác
ờ ầ ươ đố
- tin
Độ cậy và ch t
ấ lượ ữ ụ ộ
ng không cao vì nó không nh ng ph thu c
vào bộ điều khi n duy nh t, mà còn ph thu c tính
ể ấ ụ ộ sẵn sàng a
củ tất
c các tín hi u o và tín hi u i u khi n.
ả ệ đ ệ đ ề ể Nếu bộ điều khi n
ể tập
trung có lỗi ho c
ặ bất cứ b
đường tín hi u
ệ nào ị gián o n,
đ ạ tính toàn
v n
ẹ của cấu trúc i u khi n
đ ề ể tập trung bị v
phá ỡ, tin
độ cậy cũng
nh ch t
ư ấ lượ đ ề ể
ng i u khi n của toàn bộ hệ th ng
ố không còn c
đượ
đả ả
m b o.
- Khó có thể tận dụng tri t các
ệ để yếu tố c
đặc thù ủa quá trình công
ngh .
ệ Mỗi vòng i u khi n
đ ề ể cũng có c i m và yêu
đặ đ ể cầu riêng về
ch t l ng i u khi n mà không d gì a vào bài toán chung.
ấ ượ đ ề ể ễ đư
- B i u khi n a bi n theo
ộ đ ề ể đ ế cấu trúc tập trung th c hi n trên
ự ệ nền
máy tính số. Cơ sở thi t
ế kế một bộ điều khi n
ể số đa bi n
ế hầu hết
d a trên m t chu k trích m u c nh, trong khi m i bi n quá trình
ự ộ ỳ ẫ ố đị ỗ ế
có sự c
thay i
đổ nhanh ch m
ậ khác nhau. áp ng
Để đ ứ yêu ầu chung
c a nhi u bi n quá trình, ta
ủ ề ế sẽ k
ch n
ọ chu ỳ m
trích ẫu nh nh t
ỏ ấ
t ng ng i yêu
ươ ứ vớ cầ ủ
u c a vòng i u khi n nhanh nh t. Nh ng gi i
đ ề ể ấ ư ả
pháp này làm tăng tải cho máy tính.vì kh i
ố lượ ề
ng tính toán nhi u
h n trong th i gian ng n
ơ ờ ắ hơn. Mặ ố
t khác ch a ch c ã
ư ắ đ t t hơn trong
các vòng i u khi n ch m n (nh
đ ề ể ậ hơ ư đ ề ể ệ độ
vòng i u khi n nhi t , ng
nồ
độ đ ữ đ ề ể độ
ây là nh ng vòng i u khi n ng học ch m và các bi n này
ậ ế
r t quan tr ng trong vi c i u khi n tháp ch ng c t).
ấ ọ ệ đ ề ể ư ấ
- Vi c hi u ch nh các tham
ệ ệ ỉ số của bộ điều khi n a bi n trong th c
ể đ ế ự
tế rất khó kh n,
ă bởi vì quan hệ s
gi a
ữ các tham ố của bộ điều khi n
ể
v i
ớ một ch tiêu ch t
ỉ ấ lượ đ
ng nào ó không hề hi n
ể nhiên. Một khi
ch t l ng i u khi n không c m b o thì cách duy nh t c i
ấ ượ đ ề ể đượ đả ả ấ để ả

ọ ă
thi n ch t
ệ ấ lượ ế ế
ng là ti n hành thi t kế lại bộ điều khi n, th m chí
ể ậ
còn òi h i xây d ng l i mô hình.
đ ỏ ự ạ
2.4. C u trúc i u khi n không t p trung cho quá trình a bi n
2.4.1. Khái ni m chung
ệ
H u
ầ hết tất cả các quá trình công nghi p
ệ trong th c
ự ti n
ễ nói chung
đề ề ế ế Đ
u có nhi u bi n vào và bi n ra. ây là một quá trình MIMO,
chính vì vậy ta ph i
ả lựa ch n các
ọ cấu trúc i u khi n phù
đ ề ể hợp. Ở
đ đư ả đ ề ể đơ ế
ây ta a ra gi i pháp i u khi n quá trình n bi n (không tập
trung) ngh a là phân chia
ĩ một bài toán ph c
ứ tạp thành nhi u bài
ề
toán con với một bi n vào và
ế một bi n ra nh m
ế ằ mục ích th c hi n
đ ự ệ
các bài toán quen thu c.
ộ Mỗi bộ điều khi n có nhi m
ể ệ vụ duy trì
m t bi n c i u khi n
ộ ế đượ đ ề ể tại một giá tr t mong mu n.
ị đặ ố Một bộ
điều ch nh n bi n ch có
ỉ đơ ế ỉ một u ra là giá tr bi n c i u
đầ ị ế đượ đ ề
khi n nh ng có th có nhi u u vào (giá tr t và các giá tr o
ể ư ể ề đầ ị đặ ị đ
được). Một sách lượ đ ề ể đơ ế ể
c i u khi n n bi n có th sử dụng một hay
nhi u
ề bộ đi l
ều khi n n
ể đơ bi n c
ế độ ập nhau. Mặt khác, khi c ích
mụ đ
đ ề ể ỉ ằ ộ ế ợ ượ
i u khi n ch nh m vào m t bi n quá trình thì ta t h
kế p sách l c
đ ề ể ư đ ề ể ề ẳ đ ề ể ả
i u khi n nh i u khi n truy n th ng, i u khi n ph n hồi kết
h p bù nhi u, i u khi n
ợ ễ đ ề ể tỉ lệ x
đề đượ
u c ếp vào cấu hình i u
đ ề
khi n n bi n.
ể đơ ế Một bộ điều khi n n bi n có th c th c hi n
ể đơ ế ể đượ ự ệ
trong các thi t
ế bị l
đơn ẻ, nh ng
ư cũng có th là
ể một kh i ph n
ố ầ mềm
n m trong m t thi t b chia s .
ằ ộ ế ị ẻ
M t
ộ vấn đề lớn của cấu hình n bi n là
đơ ế sự tươ ữ
ng tác gi a các
vòng i u khi n. Vi c thay i
đ ề ể ệ đổ một giá tr t có th
ị đặ ể dẫn n
đế sự
thay i không mong mu n
đổ ố tới nhi u bi n c i u khi n. Trên
ề ế đượ đ ề ể
th c
ự tế b
có hai ph ng
ươ án th c
ự hi n
ệ ỏ h
qua các quan ệ tương tác
ho c tìm ra cách tri t tiêu các quan
ặ ệ hệ tương tác chéo. Bằng các
khâu bù kênh. Ph ng án th nh t òi
ươ ứ ấ đ hỏi ph i xác nh các
ả đị cặp
tín hi u vào ra có quan
ệ hệ lấn áp, a bài toán a bi n thành nhi u
đư đ ế ề
bài toán n bi n c
đơ ế độ lập. Ph ng án th hai là ph ng án phân ly
ươ ứ ươ
hay còn gọi là ph ng án tách kênh,
ươ với khâu tách kênh dựa trên

ọ ă
kinh nghi m hi u bi t quá trình ho c tính toán trên mô hình toán
ệ ể ế về ặ
h c. Tuy nhiên dù sau khi tách kênh, các vòng i u khi n trong u
ọ đ ề ể cấ
trúc tách kênh th c ra không hoàn toàn c
ự độ lập với nhau. Mặc dù
có nh c i m trên, các
ượ đ ể cấu hình i u khi n n bi n
đ ề ể đơ ế vẫn c
đượ sử
dụng trong hầu hết trong các gi i pháp i u khi n quá trình
ả đ ề ể bởi hai
lý do. Th nh t là i u khi n n bi n cho phép
ứ ấ đ ề ể đơ ế sử dụng tối a các
đ
hi u bi t
ể ế về l
quá trình công ngh và
ệ qua ó a
đ đư ra sách ượ đ ề
c i u
khi n
ể hợp lý. Th hai i u khi n n bi n n gi n
ứ đ ề ể đơ ế đơ ả hơn. Các tham
số của bộ điều khi n vòng n
ể đơ hầu nh u có
ư đề mối quan hệ hi n
ể
nhiên n c tính áp ng
đế đặ đ ứ của hệ d
th ng,
ố do ó
đ tác ụng của mỗi
thao thác hi u ch nh tham
ệ ỉ số v
trong quá trình ận hành u có th
đề ể
theo dõi tr c quan.
ự
D i ây là s c u trúc i u khi n n bi n.
ướ đ ơ đồ ấ đ ề ể đơ ế
Hình 2. 9: B i u khi n n bi n
M t i m
ộ đ ể cần lưu ý là sự lựa ch n i u khi n n bi n hay i u
ọ đ ề ể đơ ế đ ề
khi n a bi n
ể đ ế cũng không hẳn lo i tr nhau, có th
ạ ừ ể kết hợp rất tốt
trong cấu trúc i u khi n phân
đ ề ể cấp. Thông th ng
ườ bộ i
đ ều khi n a
ể đ

ọ ă
bi n c
ế đượ sử dụng ở mức cao hơn trong một cấu trúc phân cấp
ch c
ứ năng trong ó các vòng i u khi n th p
đ đ ề ể ấ hơn c th c hi n
đượ ự ệ
đượ ở ộ đ ề ể đơ ế
c các b i u khi n n bi n.
Ví dụ: i u khi n
Đ ề ể t l
ỉ ệ các thành ph n
ầ li u
ệ tr c
ướ khi nghi n
ề và n
độ ồ phát
ra t máy nghi n
ừ ề
Hình 2. 10: ví d i u khi n t l các thành ph n li u tr c khi nghi n
ụ Đ ề ể ỉ ệ ầ ệ ướ ề

ọ ă
Hình 2. 11:S kh i m ch vòng i u khi n n m c li u bên trong máy nghi n
ơ đồ ố ạ đ ề ể độ ồ ứ ệ ề
Đây là mạch vòng i u khi n
đ ề ể sử dụng sách lượ đ ề ể
c i u khi n tầng với
ba vòng i u khi n. u ra
đ ề ể Đầ của bộ điều khi n n vòng ngoài UICA-4401
ể độ ồ
(th c ra là i u khi n
ự đ ề ể mức li u trong máy nghi n) óng vai trò thi t
ệ ề đ ế lập giá
tr t cho
ị đặ bộ điều khi n
ể lưu lượng FIC-4406. Bộ điều khi n FIC-4406 thi t
ể ế
l p giá tr t cho các
ậ ị đặ bộ điều khi n
ể lưu lượng vòng trong FIC-4402, FIC-
4403 và FIC-4404.
B i u khi n vòng ngoài UICA-4401 là
ộ đ ề ể bộ điều khi n n
ể độ ồ hay i u
đ ề
khi n
ể mức li u trong máy nghi n. Tín hi u
ệ ề ệ t c
ừ ảm bi n o n UE-4401 là
ế đ độ ồ
tín hi u ph n
ệ ả hồi về bộ điều khi n, mang thông tin
ể về mức li u bên trong
ệ
máy nghi n.
ề Nếu tín hi u này
ệ lớn hay n phát ra
độ ồ từ l
máy nghi n
ề ớn thì
m c li u bên trong máy nghi n là nh và ng c
ứ ệ ề ỏ ượ lại, u tín hi u này nh hay
nế ệ ỏ
độ ồn phát ra từ m
máy nghi n
ề nhỏ thì ức li u bên trong máy nghi n là
ệ ề lớn.
Tín hi u ra
ệ của UICA-4401 thi t
ế lập giá tr t cho
ị đặ bộ điều khi n
ể lưu lượng
li u vào máy nghi n FIC-4406 theo nguyên
ệ ề tắc: khi tín hi u ph n
ệ ả hồi lớn
h n giá tr t thì
ơ ị đặ tăng tín hi u ra (t ng tín hi u t cho FIC-4406), và khi tín
ệ ă ệ đặ
hi u ph n
ệ ả hồi nhỏ hơn giá tr t thì gi m tín hi u ra hay gi m tín hi u t
ị đặ ả ệ ả ệ đặ
cho FIC-4406.
B i u khi n FIC-4406 là
ộ đ ề ể bộ i
đ ều khi n
ể lưu ng
lượ tổng liệu vào máy
nghi n. Tín hi u vào
ề ệ của bộ điều khi n FIC-4406 bao
ể gồm tín hi u ph n
ệ ả hồi
từ bộ t
tính toán FY-4406 và giá tr t
ị đặ ừ bộ điều khi n vòng ngoài UICA-
ể
4401. Thành ph n nhi u
ầ ễ của quá trình là lưu lượng xi măng thô hồi lưu trở

ọ ă
l i máy nghi n (F2), c o
ạ ề đượ đ bởi thi t
ế bị đo lưu lượ ệ
ng FT-4413. Tín hi u ra
c a FT-4413 c a n tính toán FY-4406.
ủ đượ đư đế bộ Lưu ng li u vào (F1) là
lượ ệ
t ng
ổ lưu lượ ầ ạ ệ
ng ba thành ph n clinker, basalt và th ch cao. Tín hi u về lưu
l ng
ượ từ b
các ộ điều khi n
ể lưu lượ ầ
ng thành ph n FIC-4402, FIC-4403 và
FIC-4404 c chuy n n
đượ ể đế bộ c c
ộng FYI-4405. Tín hi u
ệ ra ủa bộ ộ
c ng FYI-
4405, chính là giá trị lưu lượng tổng, c a
đượ đư tới bộ B
tính toán FY-4406. ộ
tính toán FY-4406 th c hi n phép tính F1 – F2 và
ự ệ gửi kết qu nh tín hi u
ả ư ệ
ph n
ả hồi về bộ điều khi n FIC-4406.
ể Bộ điều khi n FIC-4406
ể lấy tín hi u
ệ
ph n
ả hồi có kể t
đến thành ph n
ầ nhi u
ễ F2 ừ t
FY-4406 và tín hi u t
ệ đặ ừ bộ
điều khi n UICA-4401 i u ch nh
ể để đ ề ỉ tổng lượ ệ
ng li u vào F1 theo nguyên
t c:
ắ Nếu tín hi u ph n
ệ ả hồi lớn hơn giá tr t thì gi m
ị đặ ả lượ ệ
ng li u vào F1. Và
ng c l i, n u tín hi u ph n h i nh h n giá tr t thì t ng F1.
ượ ạ ế ệ ả ồ ỏ ơ ị đặ ă
Vòng trong bao gồm ba bộ điều khi n
ể lưu lượng FIC-4402, FIC-4403
và FIC-4404 có cấu trúc gi ng
ố hệt nhau, ch khác nhau giá tr t cho
ỉ về ị đặ mỗi
b i u khi n. Xét b i u khi n l u l ng clinker FIC-4402.
ộ đ ề ể ộ đ ề ể ư ượ
Hình 2. 12: L u P&ID i u khi n l u l ng clinker
ư đồ đ ề ể ư ượ
S kh i m ch vòng i u khi n c th hi n trên hình
ơ đồ ố ạ đ ề ể đượ ể ệ

ọ ă
Hình 2. 13: S kh i m ch vòng i u khi n chênh áp Pd1
ơ đồ ố ạ đ ề ể độ
Trong tr ng
ườ hợp vận hành riêng lẻ, ki m tra thi t
ể ế bị, giá tr t (SP)
ị đặ của
b i u khi n FIC-4402 có th c t
ộ đ ề ể ể đượ đặ bằng tay thông qua FHC-4402. Khi
h th ng
ệ ố vận hành bình thườ ị đặ đượ đặ
ng, giá tr t a FIC-4402
củ c t tự t
động ừ
bộ i
đ ều khi n
ể lưu lượ ệ
ng vòng ngoài FIC-4406. Tín hi u ra của FIC-4406 là
tín hi u
ệ về lưu lượ ệ
ng li u tổng F1 c nhân
đượ với hệ số tỉ lệ R1 tại bộ tính
toán FY-4402 c giá tr t cho FIC-4402.
để đượ ị đặ Hệ s t l
ố ỉ ệ R1 chính là thành
ph n ph n tr m
ầ ầ ă của clinker tr c khi nghi n, c t
ướ ề đượ đặ bởi ng i
ườ vận hành
trung tâm thông qua FR-4402. Lưu lượng (F) của li u trên
ệ băng cân c
đượ
tính bằng tích gi a
ữ tốc độ băng cân (S) với kh i
ố lượng (W) của li u
ệ tại một
th i i m.
ờ đ ể
F = S x W
FIC-4402 lấy tín hi u ph n
ệ ả hồi F5 thông qua W và S từ WT-4402 và ST-
4402 trên b ng cân 44.02.
ă
Chi u tác ng
ề độ của bộ điều khi n n nh
ể ổ đị lưu ng FIC-4402 i
lượ đố với
cơ cấu ch p hành ây là chi u ngh ch. Khi giá tr ph n
ấ ở đ ề ị ị ả hồi lớn hơn giá trị
đặ ệ đ ề ể
t, tín hi u i u khi n có tác dụng làm gi m
ả lượ ĩ
ng clinker vào ngh a là
gi m
ả tốc độ của ng
độ cơ dẫn ng
độ băng chuy n (44.02) (gi m S). Và ng c
ề ả ượ
l i, khi tín hi u ph n
ạ ệ ả hồi nhỏ hơn giá tr t, tín hi u i u khi n
ị đặ ệ đ ề ể sẽ có tác
d ng làm
ụ tăng tốc ng
độ độ cơ dẫn ng
độ băng chuy n (44.02) (t ng S) hay
ề ă
làm t ng l u l ng clinker c p cho máy nghi n.
ă ư ượ ấ ề

ọ ă
2.4.2. C u trúc i t ng
ấ đố ượ
B c u tiên
ướ đầ của thi t
ế kế điều khi n phi
ể tập trung là xác nh
đị cấu hình
đ ề ể
i u khi n và cấu trúc i u khi n. i u khi n phân tán luôn c th c hi n
đ ề ể Đ ề ể đượ ự ệ
trên hệ d
ma tr n
ậ vuông, ví ụ số b
bi n i u
ế đ ề khi n MV
ể ằng với số c
bi n
ế ần
đ ề ể ả
i u khi n CV. Gi sử quá trình có N bi n i u
ế đ ề khi n
ể MV và M bi n c
ế đượ
đ ề ể ẽ ộ ố ườ ợ ả
i u khi n CV, s có m t s tr ng h p x y ra:
- N u N=M (ma tr n
ế ậ hệ d
th ng
ố ạng vuông), thì vi c ch n
ệ ọ cặp vảo-ra
c u hình vòng i u khi n
ấ đ ề ể sẽ được xác nh.
đị Có nhi u
ề vòng i u
đ ề
khi n có th có, s l ng vòng khác nhau t ng lên nhanh v i N:
ể ể ố ượ ă ớ
§ V i N=3 ta có 3!= 6 c u hình vòng khác nhau
ớ ấ
§ V i N = 4 ta có 4!=24 c u hình vòng khác nhau
ớ ấ
§ V i N =5 ta có 5!= 120 c u hình vòng khác nhau
ớ ấ
- N u N >M ta c n ch n s l ng bi n MV thích h p nh t c p v i
ế ầ ọ ố ượ ế ợ ấ để ặ ớ
M bi n CV, i u này có ngh a là thi t
ế đ ề ĩ ế kế cấu trúc i u khi n nh m
đ ề ể ằ
xác nh
đị cấu trúc tốt nh t, các bi n ra còn
ấ ế lại r = N-M có thể sử
dụng trong các tr ng h p kh n c p.
ườ ợ ẩ ấ
- N u N<M thì có r = M-N bi n không th i u khi n c. Trong
ế ế ể đ ề ể đượ
tr ng
ườ hợp này, r bi n c i u khi n có
ế đượ đ ề ể mức u tiên th p nh t
ư ấ ấ sẽ
đượ ỏ
c rút ra kh i danh sách mục tiêu i u khi n ho c
đ ề ể ặ mục tiêu c
đượ
đ ề ể ặ đượ đ ề ể
i u khi n ho c c i u khi n theo sơ đồ quy n u
ề ư tiên. Với CV
còn l i, c u trúc vòng s c xác nh.
ạ ấ ẽ đượ đị
2.4.3. C u hình vòng i u khi n
ấ đ ề ể
M t khi
ộ tất cả các bi n
ế MV và bi n
ế CV c
đượ xác nh,
đị chúng ta cần
quy t nh xem chúng
ế đị sẽ k
được ết nối trong vòng i u khi n nh th
đ ề ể ư ế
nào. Có rất nhi u bi n vòng i u khi n vi c
ề ế đ ề ể ệ lựa ch n
ọ cấu hình tốt nh t
ấ
hi n nay là nhi m v hàng u l a ch n c p bi n t t nh t
ệ ệ ụ đầ để ự ọ ặ ế ố ấ
Có hai ph ng pháp thông d ng:
ươ ụ

ọ ă
- Ph ng pháp phân tích ma tr n khuy ch i
ươ ậ ế đạ tươ đố ằ
ng i(RGA), nh m
xác nh
đị cấu hình i u khi n, nh n c các vòng i u khi n, gi m
đ ề ể ậ đượ đ ề ể ả
thi u s t ng tác.
ể ự ươ
- Ph ng pháp giá tr suy bi n SVD
ươ ị ế
2.4.4. Ph ng pháp phân tích ma tr n khuy ch i t ng i (RGA)
ươ ậ ế đạ ươ đố
M t trong các
ộ vấn quan tr ng hàng u trong thi t
đề ọ đầ ế kế cấu trúc i u
đ ề
khi n phi
ể tập trung là sự lựa ch n
ọ cặp ôi bi n vào ra. i
đ ế Đố với quá
trình n gi n, vi c này th c hi n hoàn toàn
đơ ả ệ ự ệ dựa trên kinh nghi m.
ệ
Tuy nhiên i
đố với quá trình ph c
ứ tạp ta cần ph i
ả sử dụng một công cụ
toán học thích hợp. Ma tr n RGA do Bristol
ậ lần u tiên a ra
đầ đư năm
1966 nó thích hợp trong vi c
ệ lựa ch n các
ọ cặp bi n vào ra, nó
ế cũng
đượ ứ
c ng dụng dự báo cách tác ng các áp ng i u
độ đ ứ đ ề khi n, nó là
ể
công cụ k
quan tr ng
ọ trong vi c
ệ phân tích va thi t
ế ế cấu trúc i u khi n
đ ề ể
phi tập trung. Dướ đ
i ây ta sẽ d
áp ụng ma tr n RGA vào vi c
ậ ệ cặp ôi
đ
các bi n vào ra:
ế
Tr c
ướ hết, xét một quá trình gồm 2 bi n vào (u
ế 1và u2) và 2 bi n ra (y
ế 1
và y2) có ma tr n khuy ch i t nh
ậ ế đạ ĩ
1 12
1
0
2 22
1
(0 i
) l m ( )
s
k k
G G s
k k
®
é ù
= = ê ú
ë û
Ma tr n RGA c a G
ậ ủ 0 c xác nh là:
đượ đị
11
1 1 2 22
1 2 1
1 k
( 0) ; =
1 k -k k /k
G
l l
l
l l
-
D =
-
Trong ó
đ hệ số t
khuy ch i
ế đạ ĩnh tươ đố λ đượ đị ĩ
ng i c nh ngh a là tỉ số
gi a
ữ hệ số u
khuy ch i gi a
ế đạ ữ đầu vào 1 tới u ra
đầ y1 m
khi óng
đ ạch. Tuỳ
theo giá tr khác nhau ta th y:
ị l ấ
- N u
ế l h
= 0 ệ số ĩ
t
khuy ch i
ế đạ nh từ u1 đến y1 ph i
ả bằng 0. Một sự
thay i ngõ vào
đổ u1 h
không nh
ả ưở đế
ng n ngõ ra y1 và do ó ngõ
đ
vào u1 s không c s d ng i u khi n y
ẽ đượ ử ụ để đ ề ể 1.

ọ ă
- N u
ế l h
= 1 ệ số ĩ
t
khuy ch i
ế đạ nh từ u1 đến y1 ph i
ả bằng 0. Một sự
thay i ngõ vào
đổ u1 h
không nh
ả ưở đế
ng n ngõ ra y1 và do ó ngõ
đ
vào u1 s không c s d ng i u khi n y
ẽ đượ ử ụ để đ ề ể 1.
- N u 0< < 1
ế l hệ số t
khuy ch i
ế đạ ĩnh từ u1 tới y1 h
khi ở mạch nhỏ
h n khi kín
ơ mạch. Tươ ữ đ ề ể
ng tác gi a hai kênh i u khi n là mạnh
nh t khi = 0,5 khi y vi c l a ch n c p ôi không d dàng.
ấ l ấ ệ ự ọ ặ đ ễ
- N u > 1 khi khép
ế l mạch hệ số t
khuy ch i
ế đạ ừ b
u1 n
đế y1 ị gi m
ả
đ đ ề ể
i. Hai vòng i u khi n tươ ố
ng tác ch ng lại nhau. Giá tr càng
ị l
l n thì
ớ mức độ tương tác càng mạnh tuy nhiên ph ng án
ươ cặp ôi
đ
v n là (u
ẫ 1, y1) và (u2, y2)
- N u < 0 khi khép m ch h s khuy ch i t u
ế l ạ ệ ố ế đạ ừ 1 đến y1 b o d u.
ị đả ấ
Đ đ ề ứ
ây là i u ch ng tỏ hệ s
kín ẽ dao ng
độ mạnh ph ng án
ươ cặp ôi
đ
v n là (u
ẫ 1, y2) và (u2, y1)
Trong tr ng
ườ hợp tổng quát với số cặp bi n vào – ra nhi u
ế ề hơn 2, ma
tr n RGA c nh ngh a là:
ậ đượ đị ĩ
1 1
1 2 1
21
1
1 2
...
. .. ...
.
( (
( (
) ) ( ) )
.. .. .. ...
. . .
m
T
m m mm
G G
j j G j
l l l
l
w w w
l l l
D
-
é ù
ê ú
ê ú
L = ´ =
ê ú
ê ú
ê ú
ë û
Nguyên t c c p ôi:
ắ ặ đ
- Các bi n vào ra (u
ế j, yi) tươ ứ
ng ng với ph n
ầ tử lij g
có giá trị ần 1
xung quanh tần số cắt mong mu n
ố của hệ l
kín, u
ư tiên giá trị ớn
h n 1. D i t n s
ơ ả ầ ố lij>1 càng r ng càng t t.
ộ ố
- Trong tr ng
ườ hợp n gi n có th ch n = 0. Tránh ch n
đơ ả ể ọ w ọ lij <<1
ho c nh h n 0.
ặ ỏ ơ
2.4.5. Tính n nh c a h phi t p trung
ổ đị ủ ệ ậ
Đối với hệ phi tập trung ta khó có th a ra i u ki n
ể đư đ ề ệ cần và m
đủ để đả bảo
tính n nh
ổ đị của hệ đa bi n, nh ng
ế ư cũng có th a ra c
ể đư đượ một số tiêu
chu n kh o sát c a ra - ph n l n d ng i u ki n c n ho c i u ki n .
ẩ ả đượ đư ầ ớ ạ đ ề ệ ầ ặ đ ề ệ đủ

ọ ă
Xét m t h th ng i u khi n phi t p trung cho quá trình G(s) n nh:
ộ ệ ố đ ề ể ậ ổ đị
- N u
ế mỗi vòng n n nh khi các vòng khác
đơ ổ đị hở mạch và (G(j )
L w
= I, thì toàn h th ng c ng n nh.
"w ệ ố ũ ổ đị
- N u các
ế bộ i
đ ều khi n
ể sử ụ ặ
d ng tác ng tích phân và
độ c p ôi ng
đ tươ
ứ ớ ầ ử ị
ng v i các ph n t G(0) có giá tr
L âm thì:
o Toàn h th ng m t n nh ho c
ệ ố ấ ổ đị ặ
o Vòng n t ng ng m t n nh ho c
đơ ươ ứ ấ ổ đị ặ
o Toàn bộ hệ m
th ng
ố ất n nh khi vòng n
ổ đị đơ tươ ứ
ng ng hở
mạch
- N u
ế bộ điều khi n
ể Ki sử dụng tác ng tích phân, vòng kín
độ tương
ứng khi các vòng khác hở mạch và chỉ số Niederlinski (NI),
1
de 0)
t (
(0)
n
ii
i
G
NI
g
=
=
Õ
s
có giá trị âm thì vòng i u
đ ề khi n ó
ể đ ẽ mất n nh
ổ đị
khi các vòng i u khi n khác óng
đ ề ể đ mạ ớ
ch. i
Đố v i hệ hai vào hai ra
thì i u ki n trên là c n và .
đ ề ệ ầ đủ
2.5. T ng quan v i u khi n tách kênh quá trình a bi n
ổ ề đ ề ể đ ế
2.5.1. Phát bi u bài toán
ể
Xét m t h th ng c cho b i h ph ng trình tr ng thái sau:
ộ ệ ố đượ ở ệ ươ ạ
Ax+Bu
y = Cx
x
·
=
(2.1)
Nếu nh x(0) = 0 và véc t u vào và u ra là các vec t cùng chi u m
ư ơ đầ đầ ơ ề
có m i quan h d ng ma tr n hàm truy n nh sau:
ố ệ ạ ậ ề ư
1
( ( ( )
) ( ). ) ( )
y s s
G s u C s B
I A u s
-
= = - (2.2)
Công th c này có th bi u di n nh sau:
ứ ể ể ễ ư

ọ ă
1 1 1
1 1 2 2 1
1 2 2
1 1 2 2 2
1 1 2 2
( ( ( ( ( ( ( )
) ) ) ) ) ... )
( ( ( ( ( ( )
) ) ) ( ) ) ... )
...
( ( ( ( ( ( ( )
) ) ) ) ) ... )
m m
m m
m m m mm m
y s g s s s
u s g u s g u s
y s g s s s
u s g u s g u s
y s g s s s
u s g u s g u s
= + +
= + +
= + +
(2.3)
Công th c (2.3) trên ã th hi n
ứ đ ể ệ sự ảnh hưởng của sự tươ ữ
ng tác gi a các
bi n.
ế Mỗi u vào riêng
đầ lẻ đề độ
u tác ng tới tất cả các u ra,
đầ nói cách khác
ch c n t u vào thay i các u ra u b thay i theo. Vi c i u ch nh
ỉ ầ mộ đầ đổ đầ đề ị đổ ệ đ ề ỉ
làm sao mỗi u vào ch tác ng
đầ ỉ độ tới một u ra mà không tác ng
đầ độ tới các
đầu vào khác là một vi c
ệ cần thi t. Vì
ế vậy ta th y th t là n thi t
ấ ậ cầ ế nếu nh ta
ư
thi t
ế kế m
được ột lu t i u khi n mà lo i tr c
ậ đ ề ể ạ ừ đượ sự tươ ữ
ng tác gi a các
bi n. Khi y công th c (2.3)
ế ấ ứ sẽ g
được ọi là hệ n
th ng ã c
ố đ đượ tách kênh ếu
nh ma tr n hàm truy n c a nó có d ng là ma tr n ng chéo và không suy
ư ậ ề ủ ạ ậ đườ
bi n.
ế
1 11 1
1 22 2
( ( ( )
) )
( ( )
) ( )
...
( ( )
) ( )
m mm m
y s t s u s
y s t s u s
y s t s u s
=
=
=
(2.4)
Khi y ta có th coi h th ng nh là m h th ng con. Câu h i t ra là có
ấ ể ệ ố ư ệ ố ỏ đặ
ph i h th ng a bi n nào c ng tách kênh c không? i u ki n tách kênh
ả ệ ố đ ế ũ đượ Đ ề ệ
đượ ộ ệ ố ẽ ở ụ
c cho m t h th ng s trình bày các m c sau.
2.5.2. M c ích c a vi c tách kênh:
ụ đ ủ ệ
M c ích
ụ đ của thi t
ế kế t
tách kênh là gi m
ả ươ ữ đ ề
ng tác gi a các vòng i u
khi n
ể bằng cách kết hợp thêm các bộ điều khi n
ể gọi là bộ bù tách kênh i
đố
v i c u hình i u khi n nhi u vòng n bi n nh m t c hai m c ích:
ớ ấ đ ề ể ề đơ ế ằ đạ đượ ụ đ
· Lo i
ạ bỏ t
được ho c
ặ là gi m i
ả đ ươ ữ
ng tác gi a các vòng và dẫn n
đế
s n nh
ự ổ đị của hệ b
th ng vòng
ố kín c
đượ xác nh
đị ởi c tính n
đặ ổ
đị ủ ừ đơ ệ
nh c a t ng vòng n riêng bi t

ọ ă
· M t thay i giá tr t a
ộ sự đổ ị đặ củ một bi n c i u khi n không nh
ế đượ đ ề ể ả
h ng t i các bi n i u khi n khác.
ưở ớ ế đ ề ể

ọ ă
Ch ng 3:
ươ
PH NG PHÁP
ƯƠ
TÁCH KÊNH HOÀN TOÀN 2x2
3.1. Khái ni m
ệ
Đ ươ ằ ạ
ây là ph ng pháp tách kênh nh m lo i bỏ hoàn toàn s t
ự ương tác chéo
l n nhau gi a các vòng i u khi n, làm cho vòng i u khi n n bi n này
ẫ ữ đ ề ể đ ề ể đơ ế
ho t ng c
ạ độ độ lập không ch u nh
ị ả hưởng của nhi u do vòng i u khi n khác
ễ đ ề ể
gây ra.
M t ví
ộ dụ b
đơn gi n
ả là trong các ể nướ để ấ ộ
c khu y tr n liên tục. Bể ch a
ứ
có hai tín hi u vào là dòng ch t
ệ ấ lỏng có nhi t th p và dòng ch t
ệ độ ấ ấ lỏng có
nhi t cao
ệ độ cấp vào liên tục trong bể. khi ch t
ấ lỏng c
đượ lấy ra thì cũng
ch y liên
ả tục do vậy nhi t
ệ độ cũng như mức ch t
ấ lỏng trong bể bị thây i.
đổ
Hai thông s ó chính là hai thông s ra c a h .
ố đ ố ủ ệ
D a vào hình 3.1 ta th y
ự ấ vấn t ra ây là xây
đề đặ ở đ dựng hệ th ng
ố sao
cho nó tho mãn i u ki n tách kênh. Ngh a là
ả đ ề ệ ĩ y1 chỉ phụ thu c
ộ vào sp1 mà
b t bi n v i sp
ấ ế ớ 2 và ng c l i y
ượ ạ 2 ch ph thu c vào sp
ỉ ụ ộ 2 mà b t bi n v i sp
ấ ế ớ 1
3.2. Ph ng pháp ti n hành
ươ ế
Trong các vòng i u khi n n, t thêm
đ ề ể đơ đặ một bộ điều khi n ngay tr c
ể ướ
hàm truy n làm nhi m
ề ệ vụ m
như ột khâu bù kênh (gi ng nh i u khi n
ố ư đ ề ể
truy n th ng)
ề ẳ
Xét h t ng tác 2×2 sau:
ệ ươ
1 1 1
1 1 2 2
2 2 2
1 1 2 2
y = +
g u g u
y = +
g u g u
ì
í
î
3.2.1. a vào hai ph n t tách kênh.
Đư ầ ử

ọ ă
Giả sử c
ta ần lo i
ạ bỏ ảnh hưởng của u2 y
lên 1, và u1 t
lên ta a
đư ph n
ầ ử
tách kênh D1 , D2 nh hình v :
ư ẽ
e1
+
_
11
+ +
+
e1
+_ 22 +
+
12
21
2
sp1
sp2
y1
y2
u1
u2
1
+
+
+
Hình 3. 1: Tách kênh hoàn toàn b ng hai ph n t tách kênh
ằ ầ ử
Trong ó: g
đ e1 và ge2 là b i u khi n c a hai vòng i u khi n n bi n.
ộ đ ề ể ủ đ ề ể đơ ế
D1 và D2 là hai khâu bù kênh.
g11, g12, g21, g22là các thành ph n trong ma tr n hàm truy n i t ng
ầ ậ ề đố ượ
Khi ó h th ng tr thành:
đ ệ ố ở
1 1 1 1
1 1 1 1 2 2
2 2 2 2 2
2 1 1 2 2
y = +( + )u
g u D g g
y = ( + ) +
D g g u g u
ì
í
î
Để ạ đượ ả ưở ủ
lo i c nh h ng c a u2 lên y1 thì:
12
1 1 1
1 2 1
11
21
2 2 2
2 1 2
22
g
( + ) = 0 =
D g g D -
g
g
( + =
D g g ) 0 D -
g
ì
®
ï
ï
í
ï = ®
ï
î
3.2.2. a vào ma tr n tách kênh.
Đư ậ
Thêm ma tr n bù tách kênh t ng ph n:
ậ ừ ầ

ọ ă
1 1 1
1 2 1
2 2
1 2 2
2
y g g u
g g u
y
é ù é ù é ù
=
ê ú ê ú ê ú
ë û ë û
ë û
Khi thêm ma tr n bù tách kênh D:
ậ
1 1 1 1 1 1 1
1 2 1 2 1 1 2 1
2 2 2 2 2 2
1 2 1 2 2 1 2 2
2
y g g d d u s s u
g g d d u s s u
y
é ù é ù ù
é é ù é ù é ù
= =
ê ú ê ú ú
ê ê ú ê ú ê ú
ë û û
ë ë û ë û ë û
ë û
Nh v y
ư ậ
1 1 1 1 2 1 1 1 2 12
1 2 1 1 1 2 2 1 2
2 2 1 2 2 2 1 2 2 22
1 2 1 1 1 2 2 1 2
s s d g d g d g d g
s s d g d g d g d g
+ +
é ù é ù
=
ê ú ê ú
+ +
ë û ë û
Để t
tách kênh ừng phần, ta cần có s12 s
= 21 ph i
ả bằng 0. Mặt khác, n
để đơ
gi n ta cho d
ả 11 = d22 = 1; ây ta ch n khi ó:
ở đ ọ đ
1 1 1 1 2 12
1 2 1 1 1
2 2 1 2 2 22
1 2 2 1 2
0
0
s s d g d g
s s d g d g
+
é ù é ù
=
ê ú ê ú
+
ë û ë û
ngh a là:
ĩ
1 2 21
1 1
1 2 2 2 21
1 1 1 2
2 22
2
2 1 12
2 2
1 1 2 1 12
2 1 2 2
1 11
1
0
0
d g g
d g d g d
g g
d g g
d g d g d
g g
+ -
= ® = = -
+ = ® = - = -

ọ ă
Ư đ ể
u i m:
- Lo i b t ng tác hoàn toàn gi a các vòng i u khi n
ạ ỏ ươ ữ đ ề ể
- V i
ớ bộ bù kênh theo nguyên lý i u
đ ề khi n
ể truy n
ề th ng
ẳ có thể phát
hi n và tác ng bù
ệ độ sớm nhi u
ễ tải (giá tr t) trong vòng i u
ị đặ đ ề
khi n c a nó.
ể ủ
- N u
ế kết hợp i u khi n tách kênh
đ ề ể với i u khi n ph n
đ ề ể ả hồi thì ch t
ấ
l ng vòng i u khi n
ượ đ ề ể tốt hơn, vòng có tính n nh cao lo i
ổ đị ạ bỏ
đượ ễ ấ đị
c các nhi u b t nh
Nh c i m:
ượ đ ể
- Vi c th c hi n
ệ ự ệ sẽ rất ph c
ứ tạp khi ma tr n mô hình a bi n có
ậ đ ế bậc
càng cao. C ng vì th mà kh i l ng tính toán s càng nhi u h n
ũ ế ố ượ ẽ ề ơ
- Ch t l ng i u khi n còn ph thu c chính xác c a mô hình xây
ấ ượ đ ề ể ụ ộ độ ủ
d ng c bi t, trong quá trình tách kênh có thu t toán ngh ch o
ự đặ ệ ậ ị đả
mô hình. N u mô hình không chính xác thì sai s là r t l n.
ế ố ấ ớ
- Tr c khi th c hi n ph ng pháp này, ph i có
ướ ự ệ ươ ả bướ ọ
c ch n cặp bi n
ế
vào ra cho phù hợp nh m tránh kh
ằ ả năng không th i u khi n
ể đ ề ể xảy
ra.
- Các khâu tách kênh ng có th không kh thi. ó là tr ng
độ ể ả Đ ườ hợp
b c
ậ của tử số lớn hơn bậc của mẫu hàm truy n t ho c th i gian
ở ề đạ ặ ờ
trễ của i
đố tượ ề đạ
ng làm cho hàm truy n t của khâu tách kênh có
ch a e
ứ ts
( t > 0)

ọ ă
Ch ng 4:
ươ
PH NG PHÁP
ƯƠ
TÁCH KÊNH T NG PH N 2x2
Ừ Ầ
4.1. Khái ni m v tách kênh t ng ph n
ệ ề ừ ầ
4.1.1.Khái ni m
ệ
Tách kênh từng ph n nh m lo i
ầ ằ ạ bỏ t
các ương tác khi có tác ng thay i
độ đổ
bi n vào (giá tr t hay các giá tr nhi u quá trình)
ế ị đặ ị ễ của một vòng i u khi n
đ ề ể
(ví dụ s
vòng 1) ẽ c
không làm thay i
đổ các bi n
ế ra ủ ạ
a các vòng còn l i, nh ng
ư
ng c l i bi n ngõ ra c a vòng này (ví d vòng 1) v n ch u s nh h ng khi
ượ ạ ế ủ ụ ẫ ị ự ả ưở
có sự c
thay i
đổ ủa các giá tr t ho c nhi u quá trình
ị đặ ặ ễ của các vòng i u
đ ề
khi n còn l i (vòng 2,3…).
ể ạ
4.1.2. c i m
Đặ đ ể
Tách kênh từng ph n ch lo i
ầ ỉ ạ bỏ một ph n
ầ tương tác trong hệ th ng
ố
khi có sự tươ ữ
ng tác chéo gi a các vòng. Nếu xét hàm truy n ma tr n quá
ề ậ
trình a bi n nh 2×2, 3×3…, thì tách kênh
đ ế ư từng ph n
ầ sẽ b
lo i
ạ ỏ được các
ph n
ầ tử nằm ngoài ng chéo chính tam giác bên trên ho c tam giác bên
đườ ở ặ
d i trong ma tr n hàm truy n khi ã c tách kênh.
ướ ậ ề đ đượ
4.2. Tách kênh t ng ph n h 2x2
ừ ầ ệ
Xét h t ng tách 2×2 sau:
ệ ươ
1 1 1
1 1 2 2
2 2 2
1 1 2 2
y = +
g u g u
y = +
g u g u
ì
í
î
4.2.1. a vào ph n t tách kênh.
Đư ầ ử

ọ ă
Giả sử c
ta ần lo i
ạ bỏ ảnh hưởng của u2 y
lên 1, ta a ph n
đư ầ tử tách kênh
D1 nh hình v :
ư ẽ
ge1
+
_
g11
+
+
+
+
ge1
+_ g22 +
+
g12
g21
D1
sp1
sp2
y1
y2
Hình 4. 1: S tách kênh t ng ph n 2 vào 2 ra
ơ đồ ừ ầ
Trong ó: g
đ e1 , ge2 là b i u khi n hai vòng n bi n.
D1 là khâu bù kênh
Các g11, g12, g21, g22 là các ph n t trong ma tr n hàm truy n i t ng.
ầ ử ậ ề đố ượ
Giả sử b
chúng ta lo i
ạ ỏ ảnh ng
hưở của u2 y
lên 1 thì ta a thêm ph n
đư ầ tử
D1 vào nh hình v khi ó
ư ẽ đ
1 1 1 1
1 1 1 1 2 2
2 2 2
1 1 2 2
y = +( + )u
g u g D g
y = +
g u g u
ì
í
î
Để ạ ỏ ả ưở ủ
lo i b nh h ng c a u2 thì (g11D1+g12) =0, do ó:
đ
12
11
1
D
g
g
= -
4.2.2. S d ng ma tr n tách kênh
ử ụ ậ
Thêm ma tr n bù tách kênh t ng ph n:
ậ ừ ầ
1 1 1
1 2 1
2 2
1 2 2
2
y g g u
g g u
y
é ù é ù é ù
=
ê ú ê ú ê ú
ë û ë û
ë û

ọ ă
Khi thêm ma tr n bù tách kênh D:
ậ
1 1 1 1 1 1 1
1 2 1 2 1 1 2 1
2 2 2 2 2 2
1 2 1 2 2 1 2 2
2
y g g d d u s s u
g g d d u s s u
y
é ù é ù ù ù
é é ù é é ù
= =
ê ú ê ú ú ú
ê ê ú ê ê ú
ë û û û
ë ë û ë ë û
ë û
Nh v y
ư ậ
1 1 1 1 2 1 1 1 2 12
1 2 1 1 1 2 2 1 2
2 2 1 2 2 2 1 2 2 22
1 2 1 1 1 2 2 1 2
s s d g g
d g d d g
s s d g d g d g d g
+ +
é ù é ù
=
ê ú ê ú
+ +
ë û ë û
Để t
tách kênh ừng ph n, ta
ầ cần có s12 ho c
ặ s21 b
ph i
ả ằng 0. Mặt khác, để
đơ ả ở đ ọ đ
n gi n ta cho d11=d22=1; ây ta ch n S21=0 khi ó:
1 1 1 1 2 1 1 1 2 12
1 2 1 1 1 2 2 1 2
2 2 1 2 2 22
1 2 2 1 2
0
s s d g d g d g d g
s s d g d g
+ +
é ù é ù
=
ê ú ê ú
+
ë û ë û
ngh a là:
ĩ
1 2 21
1 1
1 2 2 2 21
1 1 1 2
2 22
2
0
d g g
d g d g d
g g
+ -
= ® = = -

ọ ă
Ch ng 5:
ươ
TÁCH KÊNH
V I MÔ HÌNH I T NG 3 VÀO 3 RA
Ớ ĐỐ ƯỢ
5.1. Mô hình 3 vào 3 ra
Đối với tháp ch ng, vi c xác nh mô hình toán c cho các i ng
ư ệ đị họ đố tượ
theo ph ng pháp lý thuy t là
ươ ế rất khó kh n vì các quá trình
ă vật lý xảy ra
trong tháp ch ng
ư rất ph c
ứ tạp, ây th c ch t là
đ ự ấ một hệ k
MIMO có ết hợp
t ng tác chéo. Trong ph n thi t
ươ ầ ế kế và mô ph ng
ỏ hệ điều khi n tháp ch ng
ể ư
c t, ta s d ng mô hình MIMO (3x3) c a tác gi ã a trong cu n [15]
ấ ử ụ ủ ả đ đư ố
Ta xét một hệ v
th ng
ố ật lý là một tháp ch ng luy n
ư ệ gồm ba sản ph m là
ẩ sản
ph m nh, s n ph m áy là s n ph m s n c a tháp ch ng nh hình v d i
ẩ đỉ ả ẩ đ ả ẩ ườ ủ ư ư ẽ ướ
đây:
Hình 5. 1: S tháp ch ng c t
ơ đồ ư ấ
S tháp ch ng c t
ơ đồ ư ấ

Điều khiển tách kênh quá trình đa biến

Điều khiển tách kênh quá trình đa biến

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Điều khiển tách kênh quá trình đa biến

Similar to Điều khiển tách kênh quá trình đa biến (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Điều khiển tách kênh quá trình đa biến